JP2007219210A

JP2007219210A - Ｎｄフィルタ、該ｎｄフィルタによる光量絞り装置

Info

Publication number: JP2007219210A
Application number: JP2006040427A
Authority: JP
Inventors: Shinji Uchiyama; 真志内山; Takayuki Wakabayashi; 孝幸若林; Yasunori Saito; 康典斎藤; Michio Yanagi; 道男柳
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP4963028B2

Abstract

【課題】可視光の透過と共に近赤外光及び紫外光を、可視光と比較し透過光量を抑制、あるいはカットすることができ、カメラなどにおける撮像系の構成を簡易化することが可能となるＮＤフィルタ及び光量絞り装置を提供する。
【解決手段】透過光量を調節するＮＤフィルタにおいて、
近赤外波長域の光の透過光量を抑制する特性を有する基板に、
紫外波長域の光の透過光量を抑制する特性を有する紫外線カット膜と、可視域の光の透過を減衰する特性を有するＮＤフィルタ膜と、が形成されるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＤフィルタおよび該ＮＤフィルタによる光量絞り装置に関する。特に、ビデオカメラあるいはスチルビデオカメラ等の撮影系に使用するに適したＮＤフィルタおよび該ＮＤフィルタによる光量絞り装置に関するものである。

光量絞りは銀塩フィルム、或いはＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子へ入射する光量を制御するために設けられており、被写界が明るくなるにつれ、より小さく絞り込まれていく構造になっている。
したがって、快晴時や高輝度の被写界を撮影する際、絞りは小絞りとなり、絞りのハンチング現象や光の回折現象などの影響も受け易く、像性能の劣化を生じる。
これに対する対策として、絞りの近傍にＮＤ（ＮｅｕｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ）フィルタを配置するか、若しくはＮＤフィルタを絞り羽根に直接貼り付ける事で光量の制御を行う。そして、被写界の明るさが同一であっても、より絞りの開口が大きくできる様な工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。
従来において、ＮＤフィルタには、
１）可視光を吸収する有機色素または顔料をガラスやプラスチックなどの基材に混入するタイプのもの、
２）可視光を吸収する有機色素または顔料をガラスやプラスチックなどの基板上に塗布するタイプのもの、
３）ガラスやプラスチックなどの基板上に薄膜を形成し、可視光を反射若しくは吸収するタイプのもの、
等が知られている。

ところで、固体撮像素子は人の目に対応する機能を有しているが、素子そのものの光応答性は必ずしも人間のそれと同じではない。
したがって、人とほぼ同じ働きに至るまでには、いくつかの光学的な加工が必要となってくる。
その一つとして、色再現に必要な光波長域のみを固体撮像素子表面に到達させる事が挙げられる。
これは、必要とする波長領域が人間の視感波長領域のみであるにも関わらず、固体撮像素子自体が近赤外領域にまで高い感度を持つためである。
何の加工もせずに固体撮像素子に光を入射させると、近赤外域に高い感度をもったまま信号処理を行う事になり、光量調整、色バランス調整が適切にできなくなってしまう。
したがって、光が赤外カットフィルタを通過すること無くＮＤフィルタのみを通過して固体撮像素子に入射した場合、前記した絞りのハンチング現象や光の回折現象などによる画像の劣化は改善される。しかし、赤外光は透過してしまい、実際に人が目で見るときの視感度とは異なる画像を映し出してしまう。

そこで、例えば、特許文献２のように、近赤外波長領域の透過を制御する赤外線カットフィルタを設けるようにした提案がなされている。
このような赤外線カットフィルタには、
１）近赤外線吸収物質をガラスやプラスチックなどの基材に混入させるタイプのもの、
２）近赤外線吸収物質をガラスやプラスチックなどの基板上に塗布するタイプのもの、
３）ガラスやプラスチックなど基板上に薄膜を形成し、近赤外光を反射若しくは吸収するタイプのもの、
等が知られている。

一方、カメラなどに使用される紫外線カットフィルタは、紫外光及び可視光における短波長の一部による部品の劣化を防止する事が目的の１つであり、紫外波長領域及び可視波長領域における短波長側の一部を遮蔽するフィルタである。
また、一般的に近赤外光ほどではないが、固体撮像素子は紫外領域にも感度を持っている。
したがって、上記したように、光がＮＤフィルタのみを通過して固体撮像素子に入射した場合、前記した絞りのハンチング現象や光の回折現象などによる画像の劣化は改善される。しかし、紫外光は透過してしまい、実際に人が目で見るときの視感度とは異なる画像を映し出してしまう。

これらのことから、例えば、特許文献３のように紫外波長領域の透過を制御する紫外線カットフィルタを設けるようにした提案がなされている。
このような紫外線カットフィルタには
１）紫外線吸収物質をガラスやプラスチックなどの基材に混入させるタイプのもの、
２）紫外線吸収物質をガラスやプラスチックなどの基板上に塗布するタイプのもの、
３）ガラスやプラスチックなど基板上に薄膜を形成し、紫外光を反射若しくは吸収するタイプのもの、
等が知られている。
また、近年では真空蒸着法やスパッタ法などにおける薄膜生成方法の精度向上に伴い、ガラスやプラスチックなどの基板上に近赤外波長領域と紫外波長領域との透過を同時に制限する薄膜を形成する事も可能となっている（例えば、特許文献４参照）。
特許登録第２５９２９４９号特開２００２−１０７５０９号公報特開２００３−１０７２４２号公報特開２００４−１１７４７０号公報

ところで、基材によっては不純物の影響から、基材そのものに紫外線カットの性質を含んでいる材料も存在するが、紫外線カットフィルタはさらに大きい波長まで紫外線カットの性質を持たせたものである。
したがって、可視波長域での透過を抑え、同時に近赤外波長域での透過と紫外波長域での透過を制限するためには、従来ではＮＤフィルタと赤外光カットフィルタ及び紫外光カットフィルタとをそれぞれ独立して構成することが必要であった。
また、前述した真空蒸着法などにより基板上に近赤外波長領域と紫外波長領域との透過を同時に制限する薄膜を形成するようにしたものにおいても、ＮＤフィルタと近赤外光及び紫外光を同時に抑制するフィルタとを独立して構成することが必要であった。

本発明は、上記課題に鑑み、可視光の透過と共に近赤外光及び紫外光の透過光量を抑制し、あるいはカットすることができ、カメラなどにおける撮像系の構成を簡易化することが可能となるＮＤフィルタ及び光量絞り装置の提供を目的とする。

本発明は、上記課題を達成するために、以下のように構成したＮＤフィルタ及び光量絞り装置を提供するものである。
本発明のＮＤフィルタは、透過光量を調節するＮＤフィルタであって、
近赤外波長域の光の透過光量を抑制する特性を有する基板に、
紫外波長域の光の透過光量を抑制する特性を有する紫外線カット膜と、可視域の光の透過を減衰する特性を有するＮＤフィルタ膜と、が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記基板が、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記基板のいずれか一方の面側に前記紫外線カット膜が形成され、他方の面側に前記ＮＤフィルタ膜が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記基板の両面側に前記紫外線カット膜が形成され、前記基板のいずれか一方の面側に前記ＮＤフィルタ膜が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記基板の両面側に、前記紫外線カット膜と前記ＮＤフィルタ膜が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記ＮＤフィルタ膜が、単濃度、多濃度、グラデーションのいずれかの濃度分布を有していることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記ＮＤフィルタ膜が、前記基板上にＡｌ₂Ｏ₃とＴｉ_XＯ_Yを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたＭｇＦ₂層とによって構成されていることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記ＮＤフィルタ膜が、前記基板上にＡｌ₂Ｏ₃とＴｉ_XＯ_Yを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたＳｉＯ₂層とによって構成されていることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記ＮＤフィルタ膜が、前記基板上にＳｉＯ₂とＴｉ_XＯ_Yを交互に積層して形成された多層膜によって構成されていることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、前記ＮＤフィルタ膜が、膜面の一部に、可視波長全域において、可視域の透過を減衰する特性を持つ膜の最大透過率と同等、若しくはそれ以上の透過率を持つ領域を有することを特徴としている。
また、本発明の光量絞り装置は、相対的に駆動されて絞り開口の大きさを可変する複数の絞り羽根と、該絞り羽根により形成される開口内の少なくとも一部に配置されたＮＤフィルタを有する光量絞り装置において、
前記ＮＤフィルタが、上記したいずれかに記載のＮＤフィルタによって構成されていることを特徴としている。

本発明によれば、可視光の透過と共に近赤外光及び紫外光の透過光量を抑制し、あるいはカットすることが可能となるＮＤフィルタ及び該ＮＤフィルタによる光量絞り装置を実現することができる。
また、これにより、カメラなどにおける撮像系の構成の簡易化を図ることが可能となる。

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態において、基板には近赤外波長領域における光の透過を５％以下程度にカットする事ができる赤外カットガラス、若しくはプラスチック製赤外カットフィルタが用いられる。
ここで、近赤外領域とは７００ｎｍから１１００ｎｍの光波長領域を示している。
また、ここで述べているプラスチック製赤外カットフィルタとは、高濃度の銅イオンなどを含有し生成された樹脂基板であり、十分に近赤外領域の透過を抑える事ができるフィルタの事である。

一般的に、ＮＤフィルタ、紫外線カットフィルタ、赤外線カットフィルタの３種類のフィルタのそれぞれを薄膜により形成した場合、赤外カットフィルタの膜厚が最も大きい値になる。
すなわち、積層される材料やカット波長により多少の前後はあるが、赤外カットフィルタとして形成される薄膜の層数及びトータル膜厚が最も大きい値になる。これは、阻止帯域が前記した３種類のフィルタの中で最も長波長側であり、且つ広域である事などが理由である。
以上のことから、ここで前記した３種のフィルタの組み合わせからなる積層構造を想定した場合、基板に赤外カットの性質を持たせた基材による構成とした場合、基板上に積層される膜厚が最も薄く、層数の最も少ない構成とすることが可能となる。
すなわち、基板に用いられる基材に赤外カットの性質を持たせ、この基板にＮＤフィルタと紫外線カットフィルタを薄膜として形成した場合が、最も基板上に積層される膜厚が薄く、層数の少ない構成とすることができる。

基板に用いられる基材がプラスチックやガラス材などであっても、薄い基板など比較的剛性の弱い材料で形成されている場合、同一基板上に３０層以上の薄膜を形成した場合、膜に起因する応力により基板が反ってしまう問題が発生する。これらの理由より、本発明では、基板に赤外線カットの役割を果たす基材を用い、基板の片面、若しくは両面にＮＤ膜と紫外線カット膜とを生成する構成とした。
すなわち、透過光量を調節するＮＤフィルタを構成するに当たり、近赤外波長域の光に対し、可視波長域と比較して低透過の特性を備えた基板に、
紫外波長域の光に対し、可視波長域と比較して低透過の特性を備えた膜と、可視域の透過を減衰する特性を備えた膜と、が形成される構成とした。
これにより、可視光の透過と共に近赤外光及び紫外光を、可視光と比較し透過光量を抑制、あるいはカットすることが可能となる。

つぎに、図を用いて本実施の形態におけるＮＤフィルタについて説明する。
これらの図において、１は赤外カットガラスやプラスチック製赤外カットフィルタ等による赤外カット基板、２はＮＤフィルタ膜、３は紫外線カット膜である。図１に本実施の形態におけるＮＤフィルタの第１の膜構成例を、また図２に本実施の形態におけるＮＤフィルタの第２の膜構成例を示す。
例えば、図１に示すように、真空蒸着法によって、赤外カット基板１上に、紫外線カット膜３が生成され、この紫外線カット膜３上にＮＤフィルタ膜２が生成された第１の膜構成を採ることができる。
また、図２に示すように、真空蒸着法によって、赤外カット基板１上に、ＮＤフィルタ膜２が生成され、このＮＤフィルタ膜２上に紫外線カット膜３が生成された第２の膜構成を採ることができる。

本発明は、以上の膜構成例に限られるものではない。特に、プラスチック基板などの剛性が比較的弱い基板を用いた事で、膜の内部応力による変形等が問題になる場合等には、赤外カット基板１の両面にＮＤフィルタ膜２と紫外線カット膜３とを分割して構成することで、改善を図ることが可能である。
例えば、図３に示すように、ＮＤフィルタ膜２と紫外線カット膜３とを赤外カット基板１の両面にそれぞれ配置した第３の膜構成例を採ることができる。
また、図４、図５に示すように、膜厚全体の大きい割合を占める事が予想される紫外線カット膜３を赤外カット基板１の両面に配置し、その片面にＮＤフィルタ膜２を配置した構成を採ることができる。
例えば、図４に示すように、紫外線カット膜３をＮＤフィルタ膜２よりも赤外カット基板１側に形成した第４の膜構成を採ることができる。
また、図５に示すように、ＮＤフィルタ膜２を、紫外線カット膜３よりも赤外カット基板１側に形成した第５の膜構成を採ることができる。
また、以上の他に、図６、図７、図８に示すように紫外線カット膜３及びＮＤフィルタ膜２をそれぞれ赤外カット基板１の両面に配置するようにしてもよい。
例えば、図６に示すように、赤外カット基板１の両面に紫外線カット膜３を配置し、この紫外線カット膜３上にＮＤフィルタ膜２を形成した第６の膜構成を採ることができる。
また、図７に示すように、赤外カット基板１の一方片面に配置した紫外線カット膜３上にＮＤフィルタ膜２を形成すると共に、赤外カット基板１の他方片面に配置したＮＤフィルタ膜２上に紫外線カット膜３を形成した第７の膜構成を採ることができる。
また、図８に示すように、赤外カット基板１の両面にＮＤフィルタ膜２を配置し、このＮＤフィルタ膜２上に紫外線カット膜３を形成した第８の膜構成を採ることができる。

つぎに、図９、図１０、図１１を用い、赤外カット基板上にＮＤフィルタ膜を形成した際の濃度分布の構成例について説明する。
このような濃度分布を得る構成例としては、例えば、図９に示すように全面が均一な透過光量である単濃度膜を形成する構成を採ることができる。
また、図１０に示すように、同一基板上に数種類の異なる濃度をもつ多濃度膜を形成する構成を採ることができる。
さらに、図１１に示すように、濃度が連続的に変化するグラデーション濃度膜を形成する構成を採ることができる。

このように、濃度分布を得る構成例は用途や仕様によって様々であり、同様にＮＤフィルタの外観形状なども様々の形態を採ることができる。
また、多濃度やグラデーション濃度においては、濃度パターンもまた、用途や仕様によって様々の形態を採ることができる。
また、所望するカット波長も様々であり、例えば、紫外光であればカットする波長領域が４３０ｎｍ以下であったり４５０ｎｍ以下であったりすることとなる。同様に、近赤外光をカットする波長が６８０ｎｍ以上であったり、７２０ｎｍ以上であったりして、固体撮像素子の仕様や画像処理の仕様などによって、様々な形態が採られることとなる。

なお、以上の説明では、本実施の形態の一例について説明したものであり、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。
特に、以上の説明では、赤外カットガラス、若しくはプラスチック製赤外カットフィルタにＮＤ膜及び紫外線カット膜を生成する方法として真空蒸着法を用いた場合について説明したが、本発明はこのような成膜法に限られるものではない。例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＩＡＤ法等も適用することができるものであるが、これらの成膜法は一般的に知られているため、ここでは説明を省略する。

以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用し赤外吸収ガラスにＮＤフィルタ膜及び紫外線カット膜を積層して作製したＮＤフィルタについて説明する。
本実施例の基板には、図１２に示すように、約７００ｎｍから１１００ｎｍの波長域において５％以下の透過率を有する特性を備え、近赤外領域における光の透過をほぼカットできる赤外吸収ガラスを使用した。
この赤外吸収ガラスは６１０ｎｍ付近で５０％の透過率を持ち、４００ｎｍから６００ｎｍの透過率は８５％以上のものを使用した。
また、本実施例では膜構成として、図３に示す膜構成を用い、赤外吸収ガラス基板両面に、ＮＤフィルタ膜と紫外線カット膜とを成膜した。
また、紫外線カット膜は図１３に示すような１５層の膜構成を採用し、２００℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
この紫外線カット膜は、３５０ｎｍから４１０ｎｍの波長域の透過を１％以下に抑え、５００ｎｍから６５０ｎｍにおける透過は９０％以上の膜とした。

また、ＮＤフィルタ膜は、図１４に示すような基板上にＡｌ₂Ｏ₃とＴｉ_XＯ_Yを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたＭｇＦ₂層とによる１１層の膜構成とした。
本実施例では、このような膜構成によるＮＤフィルタ膜を２００℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
また、このＮＤフィルタ膜は、図９に示すような濃度分布を得るため、全面が均一な透過光量である単濃度膜とした。
具体的には可視波長域全域で濃度が０．５、つまり透過率が約３２％の膜とした。
ここで、透過（Ｔ）と濃度（Ｄ）との関係は
Ｄ＝−ｌｏｇ_１０Ｔ
である。
ここで成膜に用いた真空蒸着法は、膜厚を比較的容易に制御でき、かつ散乱が非常に小さいことから、これを選択した。
ＮＤフィルタ膜の最表層は反射防止を目的として設けた層であり、光学膜厚ｎ×ｄ（ｎは屈折率、ｄは機械膜厚）でλ／４ λ：５４０ｎｍ成膜した。
この最表層の膜の屈折率ｎは可視域の波長域で１．５以下のものを選んだ。具体的にはＭｇＦ_２を使用した。

これにより作成されたＮＤフィルタの分光透過率を図１５に示す。
４３０ｎｍから６００ｎｍの波長域においては３２％前後の透過率であり、７００ｎｍから１１００ｎｍの近赤外波長域においては透過率が５％以下である。
特に、７００ｎｍから１０００ｎｍの領域においては１％以下の透過率特性を有している。
さらに、３５０ｎｍから４１０ｎｍの紫外波長域及び可視波長域の一部においては１％以下の透過率特性を有しているＮＤフィルタを得る事ができた。
また、図２０に示すように、ＮＤフィルタ膜面側にＮＤフィルタ膜の他に透明部４を設ける事で、入射光に対して赤外線カットフィルタ及び紫外線カットフィルタの効果を常に発揮できようにすることが可能となる。
ＮＤ膜に関しては、一般的には、濃度に加え、その有無を使い分けできるような構成を採ることができる。

［実施例２］
実施例２として、本発明を適用し赤外吸収ガラスにグラデーション濃度分布を持つＮＤ膜と紫外線カット膜とを積層して作製したＮＤフィルタについて説明する。
本実施例の基板には、図１２に示すように、約７００ｎｍから１１００ｎｍの波長域において５％以下の透過率を有する特性を備え、近赤外領域における光の透過をほぼカットできる赤外吸収ガラスを使用した。
この赤外吸収ガラスは６１０ｎｍ付近で５０％の透過率を持ち、４００ｎｍから６００ｎｍの透過率は８５％以上のものを使用した。
また、本実施例では膜構成として、図３に示す膜構成を用い、上記赤外吸収ガラス基板両面に、ＮＤフィルタ膜と紫外線カット膜とを成膜した。
また、紫外線カット膜は図１３に示すような１５層の膜構成を採用し、２００℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
この紫外線カット膜は、３５０ｎｍから４１０ｎｍの波長域の透過を１％以下に抑え、５００ｎｍから６５０ｎｍにおける透過は９０％以上の膜とした。

また、ＮＤフィルタ膜は、図１４に示すような基板上にＡｌ₂Ｏ₃とＴｉ_XＯ_Yを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたＭｇＦ₂層とによる１１層の膜構成とした。
本実施では、このような膜構成によるＮＤフィルタ膜を２００℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
また、このＮＤ膜は、図１１に示すような濃度分布を得るため、濃度が連続的に変化するグラデーション濃度膜とした。具体的には濃度が０．２から１．０、つまり透過率が約６３％から約１０％へと順次変化する膜とした。
ここで成膜に用いた真空蒸着法は、膜厚を比較的に容易に制御でき、かつ散乱が非常に小さいことから、これを選択した。

このＮＤフィルタ膜では、第１層から最表層手前まで成膜した後、最表層は濃度勾配を持たせず一定膜厚、具体的には光学膜厚ｎ×ｄ（ｎは屈折率、ｄは機械膜厚）でλ／４ λ：５４０ｎｍ成膜した。
ここで、最表層の膜厚形状は、最表層手前までの濃度傾斜と逆テーパ状など、必要とされる仕様によっては、様々な形態を採ることが可能である。
ＮＤ膜の最表層は反射防止を目的として設けた層であり、屈折率ｎが可視域の波長域で１．５以下のものを選んだ。具体的にはＭｇＦ_２を使用した。以上のように基板両面共に第１層から最表層まで成膜した後、２００℃ １時間空気中で熱処理を行った。

これにより作成されたＮＤフィルタの、基板上の位置と透過率の関係を図１６に示す。またＮＤフィルタの分光透過率を図１７に示す。図１６、１７において、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は相互に対応している。
これより、４３０ｎｍから６００ｎｍの波長域においては、Ｘ１は約６３％、Ｘ２は約３１％、Ｘ３は約１０％の透過率である。
７００ｎｍから１１００ｎｍの近赤外波長域においては、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３ともに透過率が５％以下であり、特に７００ｎｍから１０００ｎｍの領域においては１％以下の透過率特性を有している。
さらに、３５０ｎｍから４１０ｎｍの紫外波長域及び可視波長域の一部においては１％以下の透過率特性を有しているＮＤフィルタを得る事ができた。
また、図２０に示すように、ＮＤフィルタ膜面側にＮＤフィルタ膜の他に透明部を設ける事で、入射光に対して赤外線カットフィルタ及び紫外線カットフィルタの効果を常に発揮できるようにすることが可能となる。
ＮＤフィルタ膜に関しては、一般的には、濃度に加え、その有無を使い分けできるような構成にする事ができる。

［実施例３］
実施例３として、本発明を適用しプラスチック製赤外カットフィルタにグラデーション濃度分布をもつＮＤフィルタ膜と紫外線カット膜を積層して作製したＮＤフィルタについて説明する。
本実施例の基板には、図１２に示すように、約７００ｎｍから１１００ｎｍの波長域において５％以下の透過率を有する特性を備え、近赤外領域における光の透過をほぼカットできる赤外吸収ガラスを使用した。
この赤外吸収ガラスは６１０ｎｍ付近で５０％の透過率を持ち、４００ｎｍから６００ｎｍの透過率は８５％以上のものを使用した。
また、本実施例では膜構成として、図３に示す膜構成を用い、赤外吸収ガラス基板両面に、ＮＤフィルタ膜と紫外線カット膜とを成膜した。
また紫外線カット膜は図１３に示すような１５層の膜構成を採用し、１２０℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
この紫外線カット膜は、３５０ｎｍから４１０ｎｍの波長域の透過を１％以下に抑え、５００ｎｍから６５０ｎｍにおける透過は９０％以上の膜とした。

また、ＮＤフィルタ膜は、図１４に示すような基板上にＡｌ₂Ｏ₃とＴｉ_XＯ_Yを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたＭｇＦ₂層とによる１１層の膜構成とした。
本実施例では、このような膜構成によるＮＤフィルタ膜を２００℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
また、このＮＤ膜は、図１１に示すような濃度分布を得るため、濃度が連続的に変化するグラデーション濃度膜とした。
具体的には濃度が０．２から１．０、つまり透過率が約６３％から約１０％へと順次変化する膜とした。
ここで成膜に用いた真空蒸着法は、膜厚を比較的容易に制御でき、かつ散乱が非常に小さいことから、これを選択した。

このＮＤフィルタ膜では、１層から最表層手前まで成膜した後、最表層は濃度勾配を持たせず一定膜厚、具体的には光学膜厚ｎ×ｄ（ｎは屈折率、ｄは機械膜厚）でλ／４ λ：５４０ｎｍ成膜した。
ここで、最表層の膜厚形状は、最表層手前までの濃度傾斜と逆テーパ状など、必要とされる仕様によっては、様々の形態を採ることが可能である。
ＮＤ面の最表層は反射防止を目的として設けた層であり、屈折率ｎが可視域の波長域で１．５以下のものを選んだ。具体的にはＭｇＦ_２を使用した。以上のように基板両面共に第１層から最表層まで成膜した後、１１０℃ １時間空気中で熱処理を行った。

ここで１１０℃を選んだのは、１００℃未満では環境安定性向上の効果が不十分であり、１３０℃を超えると基材の熱的劣化を生じて膜にクラックが発生する等問題が生じるためである。
本実施例の条件下においては、熱処理の温度は、１１０℃から１３０℃の間が適当である。
環境安定性を調べるため、前記プラスチックＮＤフィルタを６０℃ ８５％２４０時間の放置試験を行い、試験前後での透過率を測定すると、その差が０．２％以下とほとんど差は見られなかった。
参考として、熱処理を行わないものを同様な環境試験を行い、試験前後での透過率を測定すると、２％前後増加していた。

通常、ガラス基板を用いる場合、基板温度は２００℃〜２５０℃、望ましくは３００℃前後まで加熱して成膜する。
しかし、本実施例のように基板がプラスチックの場合、基板が熱収縮を起こさない温度で成膜する必要があり、その基板温度は１５０℃未満に制約される。

これにより作成されたＮＤフィルタの、基板上の位置と透過率の関係を図１６に示す。またＮＤフィルタの分光透過率を図１７に示す。図１６、１７において、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は相互に対応している。
これより、４００ｎｍから６００ｎｍの波長域においては、Ｘ１は約６３％、Ｘ２は約３１％、Ｘ３は約１０％の透過率である。
７００ｎｍから１１００ｎｍの近赤外波長域においては、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３ともに透過率が５％以下であり、特に７００ｎｍから１０００ｎｍの領域においては１％以下の透過率特性を有している。
さらに、３５０ｎｍから４１０ｎｍの紫外波長域及び可視波長域の一部においては１％以下の透過率特性を有しているＮＤフィルタを得る事ができた。
また図２０に示すように、ＮＤフィルタ膜面側にＮＤフィルタ膜の他に透明部を設ける事で、入射光に対して赤外線カットフィルタ及び紫外線カットフィルタの効果を常に発揮できるようにすることが可能となる。
ＮＤフィルタ膜に関しては、一般的には、濃度に加え、その有無を使い分けできるような構成にする事ができる。

以上の各実施例では、ＮＤフィルタにおけるフィルタ膜の層構成として、図１４に示す膜構成を採用したものにより説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
以上の他に適用可能なＮＤフィルタ膜の層構成例を図１８及び図１９に示す。
図１８では、ＮＤフィルタ膜が、基板上にＡｌ₂Ｏ₃とＴｉ_XＯ_Yを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたＳｉＯ₂層とによって構成されている。
また、図１９では、ＮＤフィルタ膜が、基板上にＳｉＯ₂とＴｉ_XＯ_Yの交互層による多層膜によって構成されている。
実施例１においては、ＮＤフィルタ膜が図１８または図１９に示す膜構成であっても、実施例１として前記したＮＤフィルタ膜とほぼ同様の透過特性を持つＮＤフィルタを作製する事が可能である。
また、実施例２においても、ＮＤ膜が図１８または図１９に示す膜構成であっても、実施例２として前記したＮＤフィルタ膜とほぼ同様の透過特性を持つＮＤフィルタを作製する事が可能である。
更に、実施例３においても、ＮＤ膜が図１８または図１９に示す膜構成であっても、実施例３として前記したＮＤフィルタ膜とほぼ同様の透過特性を持つＮＤフィルタを作製する事が可能である。

本発明の実施の形態におけるＮＤフィルタの第１の膜構成例を示す図。本発明の実施の形態におけるＮＤフィルタの第２の膜構成例を示す図。本発明の実施の形態におけるＮＤフィルタの第３の膜構成例を示す図。本発明の実施の形態におけるＮＤフィルタの第４の膜構成例を示す図。本発明の実施の形態におけるＮＤフィルタの第５の膜構成例を示す図。本発明の実施の形態におけるＮＤフィルタの第６の膜構成例を示す図。本発明の実施の形態におけるＮＤフィルタの第７の膜構成例を示す図。本発明の実施の形態におけるＮＤフィルタの第８の膜構成例を示す図。本発明の実施の形態のＮＤフィルタにおける単濃度ＮＤフィルタの濃度分布例を示す図。本発明の実施の形態のＮＤフィルタにおける多濃度ＮＤフィルタの濃度分布例を示す図。本発明の実施の形態のＮＤフィルタにおけるグラデーションＮＤフィルタの濃度分布例を示す図。本発明の各実施例のＮＤフィルタに用いられる赤外吸収ガラスの分光透過率特性を示す図。本発明の各実施例のＮＤフィルタに用いられる紫外線カット膜の層構成を示す図。本発明の各実施例のＮＤフィルタに用いられるＮＤフィルタ膜の層構成を示す図。本発明の実施例１におけるＮＤフィルタの分光透過率特性を示す図。本発明の実施例２及び実施例３におけるＮＤフィルタの基板上の位置と透過率の関係を示す図。本発明の実施例２及び実施例３におけるＮＤフィルタの分光透過率特性を示す図。本発明の各実施例におけるＮＤフィルタに適用可能なＮＤフィルタ膜の層構成例を示す図。本発明の各実施例におけるＮＤフィルタに適用可能なＮＤフィルタ膜の層構成例を示す図。本発明の各実施例におけるＮＤフィルタ膜面側に透明部を設けた構成を説明する図。

符号の説明

１：基板
２：ＮＤフィルタ膜
３：紫外線カット膜
４：透明部

Claims

透過光量を調節するＮＤフィルタであって、
近赤外波長域の光の透過光量を抑制する特性を有する基板に、
紫外波長域の光の透過光量を抑制する特性を有する紫外線カット膜と、可視域の光の透過を減衰する特性を有するＮＤフィルタ膜と、が形成されていることを特徴とするＮＤフィルタ。
前記基板は、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項１に記載のＮＤフィルタ。
前記基板のいずれか一方の面側に前記紫外線カット膜が形成され、他方の面側に前記ＮＤフィルタ膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＮＤフィルタ。
前記基板の両面側に前記紫外線カット膜が形成され、前記基板のいずれか一方の面側に前記ＮＤフィルタ膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＮＤフィルタ。
前記基板の両面側に、前記紫外線カット膜と前記ＮＤフィルタ膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＮＤフィルタ。
前記ＮＤフィルタ膜が、単濃度、多濃度、グラデーションのいずれかの濃度分布を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＮＤフィルタ。
前記ＮＤフィルタ膜が、前記基板上にＡｌ₂Ｏ₃とＴｉ_XＯ_Yを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたＭｇＦ₂層とによって構成されていることを特徴とする請求項６に記載のＮＤフィルタ。
前記ＮＤフィルタ膜が、前記基板上にＡｌ₂Ｏ₃とＴｉ_XＯ_Yを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたＳｉＯ₂層とによって構成されていることを特徴とする請求項６に記載のＮＤフィルタ。
前記ＮＤフィルタ膜が、前記基板上にＳｉＯ₂とＴｉ_XＯ_Yを交互に積層して形成された多層膜によって構成されていることを特徴とする請求項６に記載のＮＤフィルタ。
前記ＮＤフィルタ膜が、膜面の一部に、可視波長全域において、可視域の透過を減衰する特性を持つ膜の最大透過率と同等、若しくはそれ以上の透過率を持つ領域を有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のＮＤフィルタ。
相対的に駆動されて絞り開口の大きさを可変する複数の絞り羽根と、該絞り羽根により形成される開口内の少なくとも一部に配置されたＮＤフィルタを有する光量絞り装置において、
前記ＮＤフィルタが、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＮＤフィルタによって構成されていることを特徴とする光量絞り装置。