WO2016035452A1 - 減光フィルタ - Google Patents

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WO2016035452A1
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light absorption
neutral density
density filter
wavelength
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PCT/JP2015/069845
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Inventor
岩崎貴彦
石井太
Original Assignee
日本電波工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B11/00—Filters or other obturators specially adapted for photographic purposes

Definitions

  • the present invention relates to a neutral density filter having excellent wavelength flatness of transmittance.
  • a neutral density filter is used when the amount of light is attenuated.
  • a neutral density filter is desired to attenuate light evenly, particularly in the visible light region.
  • the neutral density filter is required to have a small variation in transmittance in the visible light region, that is, wavelength flatness having a high transmittance in the visible light region.
  • Patent Document 1 discloses a neutral density filter whose wavelength flatness of transmittance in the visible light region (wavelength 400 to 800 nm) is several percent.
  • An object of the present invention is to provide a neutral density filter having excellent wavelength flatness of transmittance.
  • the neutral density filter of the first aspect includes an optical substrate and a light absorption film formed on the surface of the optical substrate, and the extinction coefficient increases as the wavelength of light transmitted through the light absorption film increases.
  • a first light-absorbing film, and a second light-absorbing film that decreases in extinction coefficient as the wavelength of transmitted light increases.
  • the neutral density filter of the second aspect is the first aspect, wherein the first light absorption film is made of titanium (Ti), titanium nitride (TiN), molybdenum (Mo), niobium (Nb), tantalum (Ta), or nickel (Ni ) And the second light absorption film is a thin film of silicon (Si), germanium (Ge), silicon monoxide (SiO), or titanium oxide (TiO 2).
  • Ti titanium
  • TiN titanium nitride
  • Mo molybdenum
  • Nb molybdenum
  • Nb niobium
  • Ta tantalum
  • Ni nickel
  • the second light absorption film is a thin film of silicon (Si), germanium (Ge), silicon monoxide (SiO), or titanium oxide (TiO 2).
  • the neutral density filter of the third aspect has a silicon dioxide (SiO 2) film formed between the optical substrate, the first light absorption film, and the second light absorption film.
  • the light absorption film has a magnesium fluoride (MgF2) film on the outermost surface.
  • MgF2 magnesium fluoride
  • the neutral density filter according to the fifth aspect includes six light absorption films from the first layer formed on the optical substrate to the sixth layer formed on the outermost surface of the light absorption film.
  • the first layer, the third layer, and the sixth layer are silicon dioxide (SiO2) films, and the second layer and the fifth layer are first light absorption films.
  • the fourth layer is a second light absorbing film, the film thickness of the second layer is different from that of the fifth layer, the reflectance is 0.4% or less for light with a wavelength between 400 nm and 800 nm, and transmission The wavelength flatness of the rate is 0.5% or less.
  • a neutral density filter according to a sixth aspect is the light-absorbing film according to the fifth aspect, further comprising a silicon dioxide (SiO2) film between the fourth layer and the fifth layer, and the surface of the sixth layer is fluorinated.
  • SiO2 silicon dioxide
  • MgF2 magnesium
  • the wavelength flatness of the transmittance can be improved.
  • FIG. 3A is a top view of the neutral density filter 100.
  • FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. It is the table
  • (A) is a figure which shows the relationship between the wavelength in each OD value of the neutral density filter 100, and the transmittance
  • (B) is a figure which shows the relationship between the wavelength in each OD value of the neutral density filter 100, and a reflectance.
  • (A) is the graph by which the relationship between the wavelength of titanium (Ti), silicon (Si), and silicon dioxide (SiO2) and an extinction coefficient was shown.
  • (B) is the figure which showed the relationship between the wavelength in each optical density, and the value of (k1 * X1) + (k2 * X2).
  • (A) is the figure which showed the relationship between the transmittance
  • (B) is the figure which showed the relationship between the transmittance
  • (A) is the figure which showed the change of the extinction coefficient with respect to the wavelength of several substances.
  • (B) is the figure which showed the change of the refractive index with respect to the wavelength of a several substance.
  • FIG. 1A is a top view of the neutral density filter 100.
  • a light absorption film 120 is formed on a substrate 110.
  • the substrate 110 is made of, for example, glass.
  • the light absorption film 120 is a film formed on the substrate 110.
  • the direction in which the long side of the substrate 110 extends is indicated as the X-axis direction
  • the direction in which the short side extends is indicated as the Y-axis direction
  • the direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction is indicated as the Z-axis direction. *
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the light absorption film 120 is formed on the surface of the substrate 110 on the + Z axis side.
  • the light absorption film 120 is formed of, for example, eight layers from the first layer 121 to the eighth layer 128 formed on the surface of the substrate 110.
  • the neutral density filter 100 is used by making light incident from the surface on the + Z-axis side, transmitting the light through the neutral density filter 100, and emitting transmitted light from the surface on the -Z-axis side. *
  • the light absorption film 120 includes a first layer 121 formed on the surface of the substrate 110 on the + Z-axis side, a second layer 122 formed on the surface of the first layer 121, and a third layer formed on the surface of the second layer 122.
  • the seventh layer 127 is formed on the surface of the layer 126, and the eighth layer 128 is formed on the surface of the seventh layer 127. *
  • FIG. 2 is a table showing the film thickness of each layer of the light absorption film 120 at a predetermined optical density.
  • the column 110 shows the substrate 110, the first layer 121 to the eighth layer 128 of the light absorption film 120, and the material constituting each layer, and the row shows the optical density (OD value).
  • OD value As the OD value, 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.1, and 2.4 are shown.
  • the arrangement and film thickness of each layer shown in FIG. 2 are such that the wavelength flatness of the transmittance in the visible light region of the neutral density filter 100 is ⁇ 0.5% or less and the reflectance is 0. 0 for each OD value shown in FIG. It was adjusted to be 4% or less.
  • the wavelength flatness of the transmittance in the visible light region represents a range in which the transmittance changes based on the average value of the transmittance in the visible light region.
  • the wavelength of incident light is between 400 nm and 800 nm.
  • the film thickness shown in FIG. 2 is derived by calculation under one condition that the wavelength flatness of the transmittance is ⁇ 0.5% or less and the reflectance is 0.4% or less. It is not restricted to these conditions. *
  • the optical density is an index representing the amount of light transmission, and is represented by an OD (Optical Density) value.
  • the transmittance T is 1/10, and when the OD value is 2.0, the transmittance T is 1/100. That is, as the OD value increases, the transmittance T decreases.
  • the reason why the wavelength flatness of the transmittance in the visible light region is set to ⁇ 0.5% or less is that such high wavelength flatness is required.
  • the neutral density filter is required to have a high wavelength flatness such that the wavelength flatness of the transmittance is ⁇ 0.5% or less.
  • the result varies depending on the sensitivity of the sensor, but the wavelength flatness of the transmittance is ⁇ 0.5% or less, which can be a measure.
  • This example also shows that higher wavelength flatness is required as the sensitivity of the sensor increases.
  • a neutral density filter having a wavelength flatness of ⁇ 0.5% or less can correctly determine the color of light even in a camera for movie photography having a highly sensitive sensor.
  • FIG. 3A is a diagram showing the relationship between the wavelength and transmittance at each OD value of the neutral density filter 100.
  • the horizontal axis indicates the wavelength of the incident light
  • the vertical axis indicates the transmittance
  • the calculation result of the transmittance at each OD value illustrated in FIG. 2 is illustrated.
  • the neutral density filter 100 has high wavelength flatness at each OD value, and the range of the wavelength flatness is within ⁇ 0.5%.
  • various OD values are formed according to the demand of the customer.
  • the wavelength flatness within a range of ⁇ 0.5% is maintained as shown in FIG. It is possible to form various OD values in the same state. *
  • FIG. 3B is a diagram showing the relationship between the wavelength and the reflectance at each OD value of the neutral density filter 100.
  • the horizontal axis indicates the wavelength
  • the vertical axis indicates the reflectance
  • the calculation result of the reflectance at each OD value illustrated in FIG. 2 is illustrated.
  • the neutral density filter 100 can maintain a low reflectance of 0.4% or less at any OD value.
  • the light absorption film 120 includes a first layer 121, a third layer 123, a fifth layer 125, and a seventh layer 127 made of silicon dioxide (SiO 2), and the second layer 122 and the sixth layer.
  • 126 is made of titanium (Ti)
  • the fourth layer 124 is made of silicon (Si)
  • the eighth layer 128 is made of magnesium fluoride (MgF 2).
  • These films are formed by, for example, a physical method such as sputtering or vacuum deposition, or a chemical method. *
  • the wavelength flatness of the transmittance in the visible light region of the neutral density filter 100 as shown in FIG. 3A is mainly formed by the second layer 122, the fourth layer 124, and the sixth layer 126. Further, the low reflectance as shown in FIG. 3B is mainly adjusted by the first layer 121, the third layer 123, the fifth layer 127, the seventh layer 127, and the eighth layer 128. *
  • the extinction coefficient increases as the wavelength of the transmitted light increases
  • the first light absorbing material increases in the extinction coefficient as the wavelength of the transmitted light increases.
  • the extinction coefficient is a value indicating how much light is absorbed, and is represented by k in the following formula (2).
  • I / Io exp ( ⁇ 4 ⁇ kX / ⁇ ) (2) Equation (2) is an equation showing the Lambert-Beer law indicating the absorption of light by the material, and Io is incident on the material.
  • the intensity of light, I is the intensity of transmitted light from the substance, X is the distance traveled by the light in the substance, and ⁇ is the wavelength of the light.
  • FIG. 4 (a) is a graph showing the relationship between the wavelength and extinction coefficient of titanium (Ti), silicon (Si), and silicon dioxide (SiO2).
  • the horizontal axis indicates the wavelength of incident light, and the vertical axis indicates the extinction coefficient.
  • Titanium (Ti) has an extinction coefficient that increases as the wavelength of incident light increases.
  • Silicon (Si) has a smaller extinction coefficient as the wavelength of incident light increases. Therefore, titanium (Ti) corresponds to the first light absorbing material, and silicon (Si) corresponds to the second light absorbing material.
  • the second layer 122 and the sixth layer 126 formed of titanium (Ti) correspond to the first light absorption film, and the fourth layer 124 formed of silicon (Si) corresponds to the second light absorption film. .
  • FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the wavelength at each optical density and the value of (k1 ⁇ X1) + (k2 ⁇ X2).
  • k1 and X1 are the extinction coefficient and film thickness of the first light absorption film
  • k2 and X2 are the extinction coefficient and film thickness of the second light absorption film.
  • the optical density (OD) shown in FIG. 4B is 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.1, and 2.4. It is shown. *
  • the adjustment of the wavelength flatness of the transmittance in the neutral density filter 100 can be performed, for example, by adjusting so that the value of (k1 ⁇ X1) + (k2 ⁇ X2) falls within a predetermined range.
  • (k1 ⁇ X1) + (k2 ⁇ X2) in the visible light region is (k1 ⁇ X1) + (k2 ⁇ X2) in the visible light region. ) Is within a range of ⁇ 20% with respect to an intermediate value between the maximum value and the minimum value.
  • FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the transmittance of titanium (Ti) and the film thickness.
  • FIG. 5A shows the change in transmittance when the film thickness X1 of titanium (Ti) as the first light absorbing material is 1 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, 40 nm, and 60 nm.
  • the transmittance of titanium (Ti) tends to decrease as the wavelength of incident light becomes longer at any film thickness.
  • FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the transmittance of silicon (Si) and the film thickness.
  • FIG. 5B shows the change in transmittance when the film thickness X2 of silicon (Si) as the second light absorbing material is 1 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, 40 nm, and 60 nm.
  • the transmittance of silicon (Si) at a predetermined film thickness tends to decrease as the wavelength of incident light becomes shorter. Further, as the film thickness increases, the difference in transmittance between the long wavelength side and the short wavelength side tends to increase. *
  • the neutral density filter 100 is formed by combining a material whose transmittance changes with a positive slope and a negative slope with respect to a change in wavelength, such as a first light absorption material and a second light absorption material. It is easy to adjust the transmittance so as to improve the wavelength flatness, and the wavelength flatness of the transmittance can be adjusted with high accuracy as shown in FIG. *
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the wavelength and refractive index of titanium (Ti), silicon (Si), and silicon dioxide (SiO2).
  • the horizontal axis indicates the wavelength of incident light, and the vertical axis indicates the refractive index.
  • Titanium (Ti) and silicon (Si) have a high refractive index
  • silicon dioxide (SiO2) has a low refractive index.
  • the refractive index of magnesium fluoride (MgF2) is about 1.38 with respect to light having a wavelength of 550 nm, which is as low as that of silicon dioxide (SiO2). . *
  • the reflectance is reduced by combining the high refractive index layer and the low refractive index layer.
  • the titanium (Ti) and silicon (Si) layers are made to have a high refractive index.
  • a silicon dioxide (SiO2) layer as the low refractive index layer, the reflectance is reduced. That is, the silicon dioxide (SiO 2) films of the first layer 121, the third layer 123, the fifth layer 127, and the seventh layer 127 sandwich the layers of the second layer 122, the fourth layer 124, and the sixth layer 126.
  • reflection in each of the second layer 122, the fourth layer 124, and the sixth layer 126 is prevented.
  • the silicon dioxide (SiO 2) film of the first layer 121 prevents reflection of incident light incident from the ⁇ Z-axis side of the neutral density filter 100
  • magnesium fluoride ( The MgF 2) film prevents reflection of incident light incident from the + Z-axis side of the neutral density filter 100.
  • the first light absorption film is divided into two layers having different thicknesses, and the overall reflectance is kept low by utilizing the interference effect of reflected light.
  • the neutral density filter is required to have a low reflectance, and a value of 0.4% or less is currently used as a standard value for the low reflectance. The reflectance can be suppressed to 0.4% or less depending on the configuration.
  • the optical absorption film 120 is basically formed of eight layers as shown in FIG. 1B, but when the reflectance can be suppressed to 0.4% or less. As shown in FIG. 2, there may be seven layers or six layers depending on the optical density. *
  • the neutral density filter 100 is formed to have a low reflectance of 0.4% or less and a high wavelength flatness of 0.5% or less. Further, the film forming configuration of the neutral density filter 100 is a simple structure having only eight layers on one side of the substrate 110, and thus can be easily manufactured. Furthermore, various optical densities can be obtained simply by adjusting the film thickness of each layer without changing the film formation configuration, so that a neutral density filter with each optical density can be produced efficiently. *
  • a substance other than titanium (Ti) or silicon (Si) may be used for the first light absorption film or the second light absorption film.
  • An example in which a substance other than titanium (Ti) or silicon (Si) is used will be described below.
  • FIG. 7A is a diagram showing changes in extinction coefficients with respect to wavelengths of a plurality of substances.
  • the substance mainly includes a first light absorption film having an extinction coefficient that increases as the wavelength of transmitted light increases, and an extinction coefficient that decreases as the wavelength of transmitted light increases. It can be seen that it can be divided into two light absorption films.
  • titanium nitride (TiN), molybdenum (Mo), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), or nickel (Ni) corresponds to the first light absorbing material.
  • These substances can be used in the neutral density filter 100 instead of titanium (Ti).
  • germanium (Ge), silicon monoxide (SiO), or titanium oxide (TiO2) corresponds to the second light absorbing material. These substances can be used in the neutral density filter 100 instead of silicon (Si). *
  • FIG. 7B is a diagram showing changes in refractive index with respect to wavelengths of a plurality of substances.
  • Each material shown in FIG. 7B is replaced with a high refractive index layer of titanium (Ti) and silicon (Si) and a low refractive index layer of silicon dioxide (SiO 2) in the neutral density filter 100 of the first embodiment.
  • Ti titanium
  • Si silicon
  • SiO 2 silicon dioxide
  • the transmittance and reflectance with respect to the wavelength are considered in consideration of the refractive index of the material, the film thickness, the combination of each material, and the like. It is necessary to consider keeping fluctuations small. *
  • the reflectance is 0.4% or less with respect to light having a wavelength between 400 nm and 800 nm.
  • the wavelength flatness of the transmittance can be adjusted to 0.5% or less.
  • a substance composed of a plurality of elements such as titanium nitride (TiN), silicon monoxide (SiO), and titanium oxide (TiO2) shown in FIGS. 7A and 7B is used. It can be used for the first light absorption film and the second light absorption film. Further, although not shown in FIGS. 7A and 7B, an alloy composed of a plurality of metal elements may be used. *
  • the neutral density filter 100 uses two kinds of metal films, titanium (Ti) as the first light absorption film and silicon (Si) as the second light absorption film, but more kinds of materials are used. May be.
  • titanium (Ti) as the first light absorption film
  • silicon (Si) as the second light absorption film
  • germanium (Ge) can be used instead of silicon (Si), but as shown in FIG. 7A, the extinction coefficient of germanium (Ge) Has a positive slope between about 400 and 500 nm, and in this range, the slope is the same as that of titanium (Ti), so that it is difficult to adjust the wavelength flatness of the neutral density filter.
  • tantalum (Ta) or silicon monoxide (SiO) having a negative slope in this range considering the conditions of combination of refractive index, extinction coefficient, film thickness, etc., the wavelength In some cases, the flatness can be adjusted.

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Abstract

本発明は、波長平坦性に優れた減光フィルタを提供する。 減光フィルタ（１００）は、光学基板（１１０）と、光学基板の表面に形成される光吸収膜（１２０）と、を有し、光吸収膜が、透過する光の波長が大きくなるに従って消衰係数が大きくなる第１光吸収膜（１２２、１２６）と、透過する光の波長が大きくなるに従って消衰係数が小さくなる第２光吸収膜（１２４）と、を含む。

Description

減光フィルタ
　本発明は、透過率の波長平坦性に優れた減光フィルタに関する。
　カメラ等の撮影機器では、光量を減衰させる場合に減光（Ｎｅｕｔｒａｌ　Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタが使用される。このような減光フィルタは、特に可視光領域において均等に光を減衰することが望まれている。そのため、減光フィルタには可視光領域において透過率の変動が少ないこと、すなわち、可視光領域の透過率の高い波長平坦性が求められている。　
　例えば、特許文献１では、可視光領域（波長４００～８００ｎｍ）における透過率の波長平坦性が数％である減光フィルタが示されている。
　　
特開２００６－５８８５４号公報
　しかし、特許文献１に示される数％の波長平坦性ではまだ不十分であり、さらに高い波長平坦性を有する減光フィルタが望まれている。　
　本発明は、透過率の波長平坦性に優れた減光フィルタを提供することを目的とする。
　第１観点の減光フィルタは、光学基板と、光学基板の表面に形成される光吸収膜と、を有し、光吸収膜が、透過する光の波長が大きくなるに従って消衰係数が大きくなる第１光吸収膜と、透過する光の波長が大きくなるに従って消衰係数が小さくなる第２光吸収膜と、を含む。　
　第２観点の減光フィルタは、第１観点において、第１光吸収膜がチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、又はニッケル（Ｎｉ）の薄膜であり、第２光吸収膜がシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、又は酸化チタン（ＴｉＯ２）の薄膜である。　
　第３観点の減光フィルタは、第１観点及び第２観点において、光学基板、第１光吸収膜、及び第２光吸収膜の間に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の膜が形成される。　
　第４観点の減光フィルタは、第１観点から第３観点において、光吸収膜が、最表面にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）膜を有する。　
　第５観点の減光フィルタは、第１観点又は第２観点において、光吸収膜が光学基板上に形成される第１層から光吸収膜の最表面に形成される第６層までの６つの層を順番に積層することにより形成され、第１層、第３層、及び第６層が二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の膜であり、第２層及び第５層が第１光吸収膜であり、第４層が第２光吸収膜であり、第２層と第５層との膜厚が異なり、４００ｎｍから８００ｎｍの間の波長の光に対して、反射率が０．４％以下、及び透過率の波長平坦性が０．５％以下である。　
　第６観点の減光フィルタは、第５観点において、光吸収膜が、さらに第４層と第５層との間に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の膜が形成され、第６層の表面にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）膜が形成される。
　本発明の減光フィルタによれば、透過率の波長平坦性を高めることができる。
　　
（ａ）は、減光フィルタ１００の上面図である。　（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 所定の光学濃度における光吸収膜１２０の各層の膜厚を示した表である。 （ａ）は、減光フィルタ１００の各ＯＤ値における波長と透過率との関係を示す図である。　（ｂ）は、減光フィルタ１００の各ＯＤ値における波長と反射率との関係を示す図である。 （ａ）は、チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の波長と消衰係数との関係が示されたグラフである。　（ｂ）は、各光学濃度における波長と（ｋ１・Ｘ１）＋（ｋ２・Ｘ２）の値との関係を示した図である。 （ａ）は、チタン（Ｔｉ）の透過率と膜厚との関係を示した図である。　（ｂ）は、シリコン（Ｓｉ）の透過率と膜厚との関係を示した図である。 チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の波長と屈折率との関係が示されたグラフである。 （ａ）は、複数の物質の波長に対する消衰係数の変化を示した図である。　（ｂ）は、複数の物質の波長に対する屈折率の変化を示した図である。
　以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。　
（第１実施形体）＜減光フィルタ１００の構成＞　図１（ａ）は、減光フィルタ１００の上面図である。減光フィルタ１００は、基板１１０上に光吸収膜１２０が形成されている。基板１１０は、例えばガラスにより形成される。光吸収膜１２０は基板１１０上に形成された膜である。図１（ａ）では、基板１１０の長辺が伸びる方向をＸ軸方向、短辺が伸びる方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向として示している。　
　図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。光吸収膜１２０は、基板１１０の＋Ｚ軸側の面に形成されている。光吸収膜１２０は、例えば基板１１０の表面に形成される第１層１２１から第８層１２８までの８つの層により形成されている。減光フィルタ１００は、＋Ｚ軸側の面から光を入射させ、減光フィルタ１００を透過させて－Ｚ軸側の面から透過光を射出させることにより用いられる。　
　光吸収膜１２０は、基板１１０の＋Ｚ軸側の面に形成される第１層１２１、第１層１２１の表面に形成される第２層１２２、第２層１２２の表面に形成される第３層１２３、第３層１２３の表面に形成される第４層１２４、第４層１２４の表面に形成される第５層１２５、第５層１２５の表面に形成される第６層１２６、第６層１２６の表面に形成される第７層１２７、及び第７層１２７の表面に形成される第８層１２８の８つの層により形成されている。　
　図２は、所定の光学濃度における光吸収膜１２０の各層の膜厚を示した表である。縦列には基板１１０、光吸収膜１２０の第１層１２１から第８層１２８、及び各層を構成する材料が示されており、横列には光学濃度（ＯＤ値）が示されている。ＯＤ値としては、０．３、０．６、０．９、１．２、１．５、１．８、２．１、及び２．４が示されている。図２に示される各層の配置及び膜厚は、図２に示される各ＯＤ値において減光フィルタ１００の可視光領域の透過率の波長平坦性が±０．５％以下、反射率が０．４％以下になるように調整されたものである。ここで、可視光領域の透過率の波長平坦性とは可視光領域の透過率の平均値を基準とした透過率の変化する範囲を表したものである。また、可視光領域は入射光の波長が４００ｎｍから８００ｎｍの間としている。図２に示された膜厚は、透過率の波長平坦性が±０．５％以下、反射率が０．４％以下となる一条件を計算で導いたものであるが、適した条件はこれらの条件に限られない。　
　光学濃度は光の透過量を表す指標となるものであり、ＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄｅｎｓｉｔｙ）値で表される。ＯＤ値は、透過率をＴとすると以下の式（１）で表される。ＯＤ＝－Ｌｏｇ１０Ｔ・・・・・（１）ここで、透過率Ｔは入射光の強度ＩＯ及び透過光の強度ＩとするとＴ＝Ｉ／ＩＯとなる。式（１）によれば、例えば、ＯＤ値が１．０の場合には透過率Ｔが１／１０になり、ＯＤ値が２．０の場合には透過率Ｔが１／１００になる。すなわち、ＯＤ値が大きくなるに従って、透過率Ｔが低くなる。　
　また、可視光領域の透過率の波長平坦性を±０．５％以下としているのは、このような高い波長平坦性が求められるためである。例えば、白色であり、青：赤：緑＝１００：１００：１００の割合の入射光を透過率が５０％である減光フィルタで減光する場合、減光フィルタの波長平坦性が０．５％を超えると減光フィルタの透過光は青：赤：緑＝５０：５０：４９となる場合がある。このような透過光はセンサで紫色と認識される。一方、波長平坦性が０．５％以下の減光フィルタを用いた場合には、透過光は青：赤：緑＝５０：５０：４９．７５となる。このような透過光の緑はセンサで５０と認識されるため、透過光全体が白色と認識され、センサで正しく光の色が認識される。即ち、波長平坦性によりセンサで検出される光の色が変わってしまうため、減光フィルタには透過率の波長平坦性が±０．５％以下となるような高い波長平坦性が求められる。この例ではセンサの感度によって結果が変わるが、透過率の波長平坦性が±０．５％以下であることは一つの目安となりうる。また、この例は、センサの感度が高くなるに従って高い波長平坦性が求められることを示している。波長平坦性が±０．５％以下である減光フィルタは、高感度のセンサを有する映画撮影用のカメラ等でも光の色を正しく判断することができる。　
　図３（ａ）は、減光フィルタ１００の各ＯＤ値における波長と透過率との関係を示す図である。図３（ａ）には、横軸に入射光の波長が示され、縦軸に透過率が示されており、図２で示された各ＯＤ値における透過率の計算結果が示されている。図３（ａ）に示されるように、減光フィルタ１００では各ＯＤ値において高い波長平坦性を有し、その波長平坦性の範囲は±０．５％内となっている。減光フィルタでは需要者の要望に応じて様々なＯＤ値に形成されるが、減光フィルタ１００では図３（ａ）に示されるように±０．５％の範囲内の波長平坦性を保った状態で様々なＯＤ値に形成することができる。　
　図３（ｂ）は、減光フィルタ１００の各ＯＤ値における波長と反射率との関係を示す図である。図３（ｂ）では、横軸に波長が示され、縦軸に反射率が示されており、図２で示された各ＯＤ値における反射率の計算結果が示されている。図３（ｂ）に示されるように、減光フィルタ１００ではどのＯＤ値においても、０．４％以下の低い反射率を保つことができる。　
　図２に戻って、光吸収膜１２０は、第１層１２１、第３層１２３、第５層１２５、及び第７層１２７が二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）により構成され、第２層１２２及び第６層１２６がチタン（Ｔｉ）により構成され、第４層１２４がシリコン（Ｓｉ）により構成され、第８層１２８がフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）により構成されている。これらの膜は、例えば、スパッタリング、真空蒸着等の物理的方法、又は化学的方法により形成される。　
　図３（ａ）に示されるような減光フィルタ１００の可視光領域の透過率の波長平坦性は、主に第２層１２２、第４層１２４、及び第６層１２６により形成される。また、図３（ｂ）に示されるような低い反射率は、主に第１層１２１、第３層１２３、第５層１２７、第７層１２７、及び第８層１２８により調整される。　
＜減光フィルタ１００の透過率＞　減光フィルタ１００では、透過する光の波長が大きくなるに従って消衰係数が大きくなる第１光吸収材料と、透過する光の波長が大きくなるに従って消衰係数が小さくなる第２光吸収材料と、を含み、第１光吸収材料により形成される第１光吸収膜と第２光吸収材料により形成される第２光吸収膜との膜厚を調整することにより透過率の波長平坦性が調整されている。　
　ここで消衰係数とは、どの程度の光が吸収されるかを示す値であり、以下の式（２）のｋにより表される。Ｉ／Ｉｏ＝ｅｘｐ（－４πｋＸ／λ）・・・・・（２）式（２）は光の物質による吸収を示すランベルト・ベールの法則を示した式であり、Ｉｏは物質に入射する入射光の強度、Ｉは物質から出る透過光の強度、Ｘは物質中で光が進む距離、λは光の波長を示している。　
　図４（ａ）は、チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の波長と消衰係数との関係が示されたグラフである。横軸には入射光の波長が示され、縦軸に消衰係数が示されている。チタン（Ｔｉ）は入射光の波長が大きくなるに従って消衰係数が大きくなる。また、シリコン（Ｓｉ）は入射光の波長が大きくなるに従って消衰係数が小さくなる。従って、チタン（Ｔｉ）は第１光吸収材料に相当し、シリコン（Ｓｉ）は第２光吸収材料に相当する。また、チタン（Ｔｉ）により形成される第２層１２２及び第６層１２６は第１光吸収膜に相当し、シリコン（Ｓｉ）により形成される第４層１２４は第２光吸収膜に相当する。二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の消衰係数はほぼ０であるため第１光吸収材料又は第２光吸収材料のどちらでもない。減光フィルタ１００では、波長平坦性がほぼ第１光吸収膜及び第２光吸収膜により得られるため、以下の透過率の説明では二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の影響を除外して考える。　
　図４（ｂ）は、各光学濃度における波長と（ｋ１・Ｘ１）＋（ｋ２・Ｘ２）の値との関係を示した図である。ｋ１、Ｘ１は第１光吸収膜の消衰係数、膜厚であり、ｋ２、Ｘ２は第２光吸収膜の消衰係数、膜厚である。第１光吸収膜及び第２光吸収膜は、各膜が複数層形成されている場合には、膜厚はその合計の値として計算される。図４（ｂ）に示されている光学濃度（ＯＤ）としては、０．３、０．６、０．９、１．２、１．５、１．８、２．１、及び２．４が示されている。　
　減光フィルタ１００における透過率の波長平坦性の調整は、例えば、（ｋ１・Ｘ１）＋（ｋ２・Ｘ２）の値が所定の範囲内に収まるように調整することにより行うことができる。減光フィルタ１００では、図４（ｂ）に示される各光学濃度において、可視光領域の（ｋ１・Ｘ１）＋（ｋ２・Ｘ２）が、可視光領域の（ｋ１・Ｘ１）＋（ｋ２・Ｘ２）の最大値と最小値との中間の値に対して±２０％の範囲内に収まっている。　
　図５（ａ）は、チタン（Ｔｉ）の透過率と膜厚との関係を示した図である。図５（ａ）では、第１光吸収材料としてのチタン（Ｔｉ）の膜厚Ｘ１を１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、４０ｎｍ、６０ｎｍとした場合の透過率変化が示されている。チタン（Ｔｉ）の透過率は、どの膜厚においても、入射光の波長が長くなるに従って低くなる傾向にある。　
　図５（ｂ）は、シリコン（Ｓｉ）の透過率と膜厚との関係を示した図である。図５（ｂ）では、第２光吸収材料としてのシリコン（Ｓｉ）の膜厚Ｘ２を１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、４０ｎｍ、６０ｎｍとした場合の透過率変化が示されている。所定の膜厚におけるシリコン（Ｓｉ）の透過率は、入射光の波長が短くなるに従って低くなる傾向にある。また、膜厚が厚くなるに従って長波長側と短波長側の透過率の差が大きくなる傾向にある。　
　図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、物質の透過率は膜厚及び入射光の波長に応じて変化する。その為、一種類の物質のみを用いて、又は波長に対して透過率が正の傾き又は負の傾きを有する物質のみを組み合わせて減光フィルタの透過率の波長平坦性を高めることは困難である。また、式（２）に示されるように、透過率Ｔ（＝Ｉ／Ｉｏ）と消衰係数ｋとの間には、消衰係数ｋが大きくなる場合には透過率Ｔが小さくなり、消衰係数ｋが小さくなる場合には透過率Ｔが大きくなるという相関関係がある。すなわち、図４（ａ）に示される消衰係数の傾向と図５（ａ）及び図５（ｂ）に示される透過率の傾向とは、互いに負の相関を有する。そのため、消衰係数が波長に対して同様の変化傾向を有する物質のみを用いて減光フィルタの透過率の波長平坦性を高めることは困難である。　
　減光フィルタ１００は、第１光吸収材料及び第２光吸収材料という波長の変化に対して透過率が正の傾き及び負の傾きで変化する物質を組み合わせて形成されることにより、減光フィルタの透過率の波長平坦性を高めるように調整することが容易であり、図３（ａ）に示されるように高い精度で透過率の波長平坦性を調整することができる。　
＜減光フィルタ１００の反射率＞　図６は、チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の波長と屈折率との関係が示されたグラフである。横軸には入射光の波長が示され、縦軸に屈折率が示されている。チタン（Ｔｉ）及びシリコン（Ｓｉ）の屈折率は高く、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の屈折率は低い。また、図６には示されていないが、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の屈折率は、５５０ｎｍの波長の光に対して約１．３８であり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と同様に屈折率が低い。　
　減光フィルタでは高屈折率の層と低屈折率の層とを組み合わせることにより反射率の低減が図られるが、減光フィルタ１００では、チタン（Ｔｉ）及びシリコン（Ｓｉ）の層を高屈折率層として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層を低屈折率層として用いることにより反射率の低減が図られている。すなわち、第１層１２１、第３層１２３、第５層１２７、及び第７層１２７の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の膜が第２層１２２、第４層１２４、及び第６層１２６の各層を挟むように形成されることにより、第２層１２２、第４層１２４、及び第６層１２６の各層における反射を防止している。また、減光フィルタ１００では、第１層１２１の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の膜が減光フィルタ１００の－Ｚ軸側から入射する入射光の反射を防止し、第８層１２８のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の膜が減光フィルタ１００の＋Ｚ軸側から入射する入射光の反射を防止する。さらに、第１光吸収膜を異なる厚さの２つの層に分け、反射光の干渉効果を利用することにより全体の反射率が低く抑えられている。減光フィルタには低反射率であることが求められており、低反射率の目安の値として現在は０．４％以下という値が用いられているが、減光フィルタ１００では、このような構成により反射率を０．４％以下に抑えることができる。減光フィルタ１００では、基本的には図１（ｂ）に示されるような８つの層により光学吸収膜１２０が形成されるが、反射率を０．４％以下に抑えることができる場合には図２に示されるように光学濃度によって７つの層又は６つの層となる場合がある。　
　以上により、減光フィルタ１００では、０．４％以下の低い反射率及び０．５％以下の高い波長平坦性を有するように形成されている。また、減光フィルタ１００の成膜構成は、基板１１０の片面に８層のみというシンプルな構造であるため製造が容易である。さらに、成膜構成を変えずに各層の膜厚を調整するだけで様々な光学濃度にすることができるため、各光学濃度の減光フィルタを効率よく生産することができる。　
（第２実施形体）　第１光吸収膜又は第２光吸収膜には、チタン（Ｔｉ）又はシリコン（Ｓｉ）以外の物質が用いられても良い。以下に、チタン（Ｔｉ）又はシリコン（Ｓｉ）以外の物質が用いられた例を説明する。　
　図７（ａ）は、複数の物質の波長に対する消衰係数の変化を示した図である。図７（ａ）より、物質は主に、透過する光の波長が大きくなるに従って消衰係数が大きくなる第１光吸収膜と、透過する光の波長が大きくなるに従って消衰係数が小さくなる第２光吸収膜と、に分けることができることが分かる。図７（ａ）では、窒化チタン（ＴｉＮ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、又はニッケル（Ｎｉ）が第１光吸収材料に相当する。これらの物質は、減光フィルタ１００においてチタン（Ｔｉ）の代わりに用いることができる。また、図７（ａ）では、ゲルマニウム（Ｇｅ）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、又は酸化チタン（ＴｉＯ２）が第２光吸収材料に相当する。これらの物質は、減光フィルタ１００においてシリコン（Ｓｉ）の代わりに用いることができる。　
　図７（ｂ）は、複数の物質の波長に対する屈折率の変化を示した図である。図７（ｂ）に示される各物質を、第１実施形態の減光フィルタ１００におけるチタン（Ｔｉ）及びシリコン（Ｓｉ）の高屈折率層、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の低屈折率層に代えて用いることで低反射率の減光フィルタを作製することも可能である。但し、これらの物質を用いる場合においても、第１実施形態の減光フィルタ１００と同様に、物質の屈折率、膜厚及び各物質の組み合わせ等を考慮して、波長に対する透過率、反射率の変動を小さく抑えることを考慮する必要がある。　
　減光フィルタでは、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示される物質を組み合わせて使用しても、４００ｎｍから８００ｎｍの間の波長の光に対して、反射率が０．４％以下、及び透過率の波長平坦性が０．５％以下の条件に合わせることができる。　
　減光フィルタには、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示される窒化チタン（ＴｉＮ）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、及び酸化チタン（ＴｉＯ２）のように複数の元素から成る物質を第１光吸収膜及び第２光吸収膜に用いることができる。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）には示されていないが、複数の金属元素から成る合金が用いられても良い。　
　一方、合金等が用いられる場合には、合金を構成する各金属の融点の違い等により合金の組成比が意図したものからずれてしまい、設計された合金の光学特性とは異なる特性を示す場合がある。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるような単一金属元素を使用した場合には、合金の場合のような元素の組成比のずれにより光学特性の変化を起こすような問題を防ぐことができるため好ましい。　
　また、減光フィルタ１００では第１光吸収膜としてチタン（Ｔｉ）、第２光吸収膜としてシリコン（Ｓｉ）の計２種類の金属膜が用いられているが、更に多くの種類の物質が用いられても良い。例えば、図２に示される減光フィルタ１００において、シリコン（Ｓｉ）に代えてゲルマニウム（Ｇｅ）を用いることができるが、図７（ａ）に示されるように、ゲルマニウム（Ｇｅ）の消衰係数は約４００～５００ｎｍの間で正の傾きを有し、この範囲でチタン（Ｔｉ）と同様の傾きになるため減光フィルタの波長平坦性の調整が困難になりうる。そのため、例えば、この範囲で負の傾きを有するタンタル（Ｔａ）又は一酸化ケイ素（ＳｉＯ）等をさらに用い、屈折率、消衰係数、膜厚等の組み合わせの条件等を考慮することにより、波長平坦性の調整をすることができる場合がある。　
　以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
　１００　…　減光フィルタ　１１０　…　基板　１２０　…　光吸収膜　１２１　…　第１層　１２２　…　第２層　１２３　…　第３層　１２４　…　第４層　１２５　…　第５層　１２６　…　第６層　１２７　…　第７層　１２８　…　第８層

Claims (6)

  1. 　光学基板と、前記光学基板の表面に形成される光吸収膜と、を有し、　前記光吸収膜が、透過する光の波長が大きくなるに従って消衰係数が大きくなる第１光吸収膜と、透過する光の波長が大きくなるに従って消衰係数が小さくなる第２光吸収膜と、を含む減光フィルタ。
  2. 　前記第１光吸収膜はチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、又はニッケル（Ｎｉ）の薄膜であり、前記第２光吸収膜はシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、又は酸化チタン（ＴｉＯ２）の薄膜である請求項１に記載の減光フィルタ。
  3. 　前記光学基板、前記第１光吸収膜、及び前記第２光吸収膜の間には二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の膜が形成される請求項１又は請求項２に記載の減光フィルタ。
  4. 　前記光吸収膜は、最表面にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）膜を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の減光フィルタ。
  5. 　前記光吸収膜は前記光学基板上に形成される第１層から前記光吸収膜の最表面に形成される第６層までの６つの層を順番に積層することにより形成され、　前記第１層、第３層、及び前記第６層が二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の膜であり、第２層及び第５層が前記第１光吸収膜であり、第４層が前記第２光吸収膜であり、　前記第２層と前記第５層との膜厚が異なり、　４００ｎｍから８００ｎｍの間の波長の光に対して、反射率が０．４％以下、及び透過率の波長平坦性が０．５％以下である請求項１又は請求項２に記載の減光フィルタ。
  6. 　前記光吸収膜は、さらに前記第４層と前記第５層との間に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の膜が形成され、前記第６層の表面にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）膜が形成される請求項５に記載の減光フィルタ。 
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