JP6867148B2 - Optical filter and imaging optical system - 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撮像光学系に関するものである The present invention relates to an optical filter and an imaging optical system having an optical filter.
カメラなどの撮像光学系には、CCDやCMOSなどの撮像素子が搭載されており、撮像素子に入射した光を電気信号に変換することで映像を得ている。撮像光学系には撮像素子に入射する光量を撮影状況に応じて調整する絞り機構やNDフィルタのような光学フィルタが設けられている。 An image pickup element such as a CCD or CMOS is mounted on an image pickup optical system such as a camera, and an image is obtained by converting light incident on the image pickup element into an electric signal. The image pickup optical system is provided with an optical filter such as an aperture mechanism or an ND filter that adjusts the amount of light incident on the image pickup device according to the shooting conditions.
光量調整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。光学調整フィルタを使用することで、絞り機構のみでの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。 The light amount adjusting filter has a function of attenuating the transmittance substantially uniformly in the light wavelength band used for photographing, and can adjust the amount of light incident on the image sensor while maintaining color reproducibility. By using the optical adjustment filter, it is possible to reduce the hunting phenomenon that can occur by adjusting the amount of light only by the aperture mechanism and the deterioration of the image due to the diffraction of light, and to obtain a higher quality image.
カメラなどの撮像光学系に搭載される光学フィルタは、対象とする光波長領域で透過率が略均一であること、即ち透過率平坦性が重要視され、特許文献1に示すように、基板上に金属あるいは金属化合物からなる光吸収層と金属酸化物からなる誘電体層との積層構造を形成したものが一般的に用いられている。
An optical filter mounted on an imaging optical system such as a camera has a substantially uniform transmittance in a target light wavelength region, that is, a transmittance flatness is regarded as important, and as shown in
ここで、従来のNDフィルタのような光学フィルタでは、例えば、光吸収層及び誘電体層のうち特に光吸収層の光学特性が安定せず、光量調整の性能が安定的に得られないことがあった。 Here, in an optical filter such as a conventional ND filter, for example, the optical characteristics of the light absorption layer among the light absorption layer and the dielectric layer are not stable, and the light amount adjustment performance cannot be stably obtained. there were.
本発明は、安定した光量調整の機能を有する光学フィルタ及び撮像素子を提供するものである。 The present invention provides an optical filter and an image pickup device having a function of stably adjusting the amount of light.
上記課題を解決するために、本発明の光学フィルタは、光透過性を有する基板と、前記基板の少なくとも一方面上に設けられる光学調整層と、を備え、前記光学調整層は、光吸収特性を有する金属A、金属Aの酸化物AO及び金属Aの窒化物ANからなる群から選択される少なくとも1つの光吸収材料で形成された第1及び第2光吸収層と、前記金属Aと異なる金属元素である金属Bの酸化物BOで形成された第1及び第2中間層とを有し、
前記光学調整層は、前記基板側から第1光吸収層、第1中間層、第2中間層及び第2光吸収層の順に積層され、前記第2中間層の酸化数が前記第1中間層の酸化数よりも大きいことを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本発明の光学フィルタは、光透過性を有する基板と、前記基板の少なくとも一方面上に設けられる光学調整層と、を備え、前記光学調整層は、光吸収特性を有する金属A、金属Aの酸化物AO及び金属Aの窒化物ANからなる群から選択される少なくとも1つの光吸収材料で形成された第1及び第2光吸収層と、前記金属Aと異なる金属元素である金属Bの酸化物BOで形成された第1中間層と、前記金属Bの窒化物BNで形成された第2中間層とを有し、前記光学調整層は、前記基板側から第1光吸収層、第1中間層、第2中間層及び第2光吸収層の順に積層されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the optical filter of the present invention includes a substrate having light transmission and an optical adjustment layer provided on at least one surface of the substrate, and the optical adjustment layer has light absorption characteristics. first and second light absorbing layer formed at least one light-absorbing material metal a, chosen from the group consisting of nitrides aN oxide AO and metal a metal a having a pre-Symbol metal a It has first and second intermediate layers formed of oxide BO of metal B, which is a different metal element.
The optical adjustment layer is laminated in the order of the first light absorption layer, the first intermediate layer, the second intermediate layer, and the second light absorption layer from the substrate side, and the oxidation number of the second intermediate layer is the first intermediate layer. It is characterized by being larger than the oxidation number of.
Further, in order to solve the above problems, the optical filter of the present invention includes a substrate having light transmittance and an optical adjustment layer provided on at least one surface of the substrate, and the optical adjustment layer is provided with light. The first and second light absorption layers formed of at least one light absorption material selected from the group consisting of metal A having absorption characteristics, oxide AO of metal A, and nitride AN of metal A, and the metal A. It has a first intermediate layer formed of an oxide BO of metal B, which is a metal element different from the above, and a second intermediate layer formed of a nitride BN of the metal B, and the optical adjustment layer is the substrate. It is characterized in that the first light absorption layer, the first intermediate layer, the second intermediate layer, and the second light absorption layer are laminated in this order from the side.
本発明によれば、安定した光量調整の機能を有する光学フィルタ及び撮像素子を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize an optical filter and an image pickup device having a function of stably adjusting the amount of light.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る光学フィルタの構造について詳細に説明する。 Hereinafter, the structure of the optical filter according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1には本発明の実施形態に係る光学フィルタの構成図を一例として示す。
本発明の光学フィルタは、所望の光波長において透明な透明基板上の少なくとも一方面上に設けられた光学調整層を、金属A、金属Aの酸化物AO及び金属Aの窒化物ANからなる群から選択される第1及び第2光吸収層と、これら第1及び第2光吸収層の間に形成された金属Aとは異なる金属元素である金属Bの酸化物BO又は窒化物BNの化合物で形成された多層構造の中間層とで構成することで得られる。
FIG. 1 shows a configuration diagram of an optical filter according to an embodiment of the present invention as an example.
In the optical filter of the present invention, an optical adjustment layer provided on at least one surface of a transparent transparent substrate at a desired light wavelength is formed of metal A, an oxide AO of metal A, and a nitride AN of metal A. A compound of an oxide BO or a nitride BN of a metal B, which is a metal element different from the metal A formed between the first and second light absorbing layers selected from the above and the first and second light absorbing layers. It is obtained by forming it with an intermediate layer having a multi-layer structure formed by.
そして、本発明では、多層構造からなる中間層の内、第1光吸収層側の層は、第2光吸収層側の層と比較して、可視光波長領域における消衰係数が大きく、且つ、膜厚が薄くなっている。更に、好ましくは、光学フィルタの最表層に反射防止層を形成する。 In the present invention, among the intermediate layers having a multi-layer structure, the layer on the first light absorption layer side has a larger extinction coefficient in the visible light wavelength region than the layer on the second light absorption layer side, and , The film thickness is thin. Further, preferably, an antireflection layer is formed on the outermost layer of the optical filter.
ここで、本発明における光学調整層は、上述したように、第1及び第2光吸収層とこれらの間に設けられる多層構造の中間層とで1つの光学調整層を構成しているが、例えば、基板上に複数の光学調整層を設ける場合には、光吸収層と中間層とを交互積層し、1つの光吸収層及び中間層で1つの光学調整層としてもよい。また、複数の光学調整層を設ける場合には、中間層は1層構造のものと多層構造(2層またはそれ以上の層構造)のものとを組み合わせてもよい。 Here, as described above, the optical adjustment layer in the present invention constitutes one optical adjustment layer by the first and second light absorption layers and the intermediate layer having a multilayer structure provided between them. For example, when a plurality of optical adjustment layers are provided on the substrate, the light absorption layer and the intermediate layer may be alternately laminated to form one optical adjustment layer with one light absorption layer and the intermediate layer. When a plurality of optical adjustment layers are provided, the intermediate layer may be a combination of a one-layer structure and a multi-layer structure (two or more layers).
なお、本発明では、基板の少なくとも一方面上に1つ又は複数の光学調整層を設けて光学フィルタを構成してもよいが、基板の両面に1つ又は複数の光学調整層をそれぞれ設けて光学フィルタを構成してもよい。1つ又は複数の光学調整層、そして反射防止層を合わせて光量調整膜とする。 In the present invention, one or a plurality of optical adjustment layers may be provided on at least one surface of the substrate to form an optical filter, but one or a plurality of optical adjustment layers are provided on both sides of the substrate, respectively. An optical filter may be configured. One or more optical adjusting layers and an antireflection layer are combined to form a light amount adjusting film.
以下に本発明の光学フィルタを構成する要素についてそれぞれ説明する。
(透明基板)
本発明に使用する透明基板としては、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。
The elements constituting the optical filter of the present invention will be described below.
(Transparent board)
As the transparent substrate used in the present invention, any substrate can be used as long as it is a transparent substrate in a desired light wavelength region. For example, substrates made of inorganic materials such as glass and crystal, polyester-based, norbornene-based, polyether-based, acrylic-based, styrene-based, PET (polyethylene terephthalate), PES (polyethersulfone) -based, polysulfone-based, and PEN (polyethylenena). Various synthetic resin substrates such as phthalate) type, PC (polycarbonate) type, and polyimide type can be used.
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、有機−無機ハイブリッド材料からなる基板、例えばシルセスキオキサン骨格を有する基板などを用いてもよい。 Synthetic resin substrates are more flexible, lighter, and have better workability than inorganic substrates such as glass, but are prone to deformation due to film stress and thermal stress, and characteristic changes due to moisture. Therefore, when using a synthetic resin substrate, it is desirable to use a material having high heat resistance (high glass transition temperature Tg), high flexural modulus, and low water absorption. For example, a polyimide-based or PES-based substrate is used as a highly heat-resistant substrate, PET is used as a substrate having a large flexural modulus, and norbornene-based is used as a low water-absorbing substrate. Further, if necessary, a substrate made of an organic-inorganic hybrid material, for example, a substrate having a silsesquioxane skeleton may be used.
なお、本発明において透明な基板とは少なくとも可視光波長において光透過性を有している基板であり、例えば紫外線波長領域や赤外波長領域において光吸収性を有している基板を用いてもよい。このような基板としては例えば、ガラスや樹脂に紫外線吸収剤を練り込んだ紫外線吸収基板、ガラスや樹脂に、赤外吸収性能を有する染料、顔料、銅に代表される金属イオンなどを練り込んだ赤外吸収基板などが挙げられる。 In the present invention, the transparent substrate is a substrate having light transmission at least in the visible light wavelength, and even if a substrate having light absorption in the ultraviolet wavelength region or the infrared wavelength region is used, for example. Good. Examples of such a substrate include an ultraviolet absorbing substrate in which an ultraviolet absorber is kneaded into glass or resin, a dye or pigment having infrared absorption performance, or a metal ion typified by copper is kneaded into glass or resin. Examples include an infrared absorption substrate.
また、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。 Further, the thickness of the substrate is preferably as thin as possible within the range where rigidity can be maintained, and specifically, about 20 μm to 1 mm and 25 μm to 400 μm are preferable in consideration of miniaturization and weight reduction. When a substrate having light absorption other than the transmission band formed by the light interference thin film laminate is used, the thickness of the base material is determined in consideration of the light absorption characteristics of the substrate.
(第1及び第2光吸収層)
本発明の第1及び第2光吸収層は、光吸収特性を有する金属A、金属Aの酸化物(AO)、金属Aの窒化物(AN)からなる群から選択される少なくとも1つの光吸収材料が挙げられ、この光吸収材料としては、具体的には、Ti、Ni、Cr、Fe、Nb、Ta、等の金属Aや合金、酸化物、窒化物などを用いることができる。
(1st and 2nd light absorption layers)
The first and second light absorbing layers of the present invention are at least one light absorbing layer selected from the group consisting of a metal A having a light absorbing property, an oxide of the metal A (AO), and a nitride of the metal A (AN). Examples thereof include metal A such as Ti, Ni, Cr, Fe, Nb, and Ta, alloys, oxides, nitrides, and the like, as the light absorbing material.
なお、第1光吸収層と第2光吸収層とは、互いに同じ光吸収材料を用いて形成してもよいが、別の光吸収材料によって形成してもよい。本第1及び第2光吸収層として金属Aを利用する場合は、プラズマ振動数が光吸収を発現したい波長領域の光の振動数よりも大きいことが好ましい。 The first light absorbing layer and the second light absorbing layer may be formed by using the same light absorbing material, but may be formed by different light absorbing materials. When the metal A is used as the first and second light absorption layers, it is preferable that the plasma frequency is higher than the frequency of light in the wavelength region in which light absorption is desired to be exhibited.
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Aのプラズマ振動数が光吸収を発現したい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、所望の領域においてより透過率平坦性の高い光学フィルタとすることができる。 Here, the plasma frequency refers to the limit frequency at which the free electrons of the metal oscillate in plasma. When the plasma frequency is higher than the frequency of the light, it prevents the light from entering the metal and reflects it. On the contrary, when the frequency of light is higher than the plasma frequency, the light penetrates into the metal and is absorbed by the metal. Therefore, by selecting a material in which the plasma frequency of the metal A is higher than the frequency of light in the wavelength region in which light absorption is desired to be exhibited, an optical filter having higher transmittance and flatness in a desired region can be obtained. ..
第1及び第2光吸収層として金属Aの酸化物(AO)、金属Aの窒化物(AN)を用いる場合、第1及び第2光吸収層の消衰係数が0.5以上であることが好ましい。ここで、消衰係数とは、物質に光が入射した場合、光がどれだけ減衰されるかを示したものであり、この値が大きいほど、入射光は強く減衰されることになる。 When an oxide of metal A (AO) and a nitride of metal A (AN) are used as the first and second light absorption layers, the extinction coefficient of the first and second light absorption layers is 0.5 or more. Is preferable. Here, the extinction coefficient indicates how much the light is attenuated when the light is incident on the substance, and the larger this value is, the stronger the incident light is attenuated.
ここで、金属や合金などと比較すると、金属Aの酸化物(AO)あるいは金属Aの窒化物(AN)は消衰係数が小さい。第1及び第2光吸収層において、消衰係数が小さすぎると、所望の光量を減衰させるのに必要な層数や膜厚が厚くなり、光学フィルタの反りやクラックなどの要因になるためである。更に、第1及び第2光吸収層は金属Aの酸化物(AO)あるいは金属Aの窒化物(AN)からなる層であることが好ましい。金属酸化物あるいは窒化物は金属と比較し、消衰係数が小さいため、各層の膜厚をある程度厚く保つことができる。 Here, as compared with metals and alloys, the oxide (AO) of the metal A or the nitride (AN) of the metal A has a smaller extinction coefficient. If the extinction coefficient of the first and second light absorption layers is too small, the number of layers and the film thickness required to attenuate the desired amount of light become thick, which causes warpage and cracks of the optical filter. is there. Further, the first and second light absorption layers are preferably layers made of an oxide of metal A (AO) or a nitride of metal A (AN). Since metal oxides or nitrides have a smaller extinction coefficient than metals, the film thickness of each layer can be kept thick to some extent.
このため、膜設計の自由度が高まると共に、光吸収層の膜厚制御の安定性が向上し、分光特性が良好で且つ、光学特性の再現性の良い光学フィルタとすることができる。金属Aの酸化物(AO)あるいは金属Aの窒化物(AN)を第1及び第2吸収膜に使用する場合は、特にチタン酸化物(TiOx 0<x<2)を使用するのが好適である。TiOxは可視領域の吸収特性が比較的リニアであり、より透過率特性の平坦な光学フィルタとすることができるためである。
Therefore, the degree of freedom in film design is increased, the stability of film thickness control of the light absorption layer is improved, and an optical filter having good spectral characteristics and good reproducibility of optical characteristics can be obtained. When the oxide of metal A (AO) or the nitride of metal A (AN) is used for the first and second absorption films, it is particularly preferable to use titanium oxide (
なお、第1及び第2光吸収層は真空蒸着、イオンプレーティング法、イオンアシスト法、など既知の様々な手法で成膜できる。 The first and second light absorption layers can be formed by various known methods such as vacuum deposition, ion plating method, and ion assist method.
(中間層)
本発明の中間層は、第1及び第2光吸収層の間に形成された金属Aとは異なる金属元素である金属Bの酸化物BO又は窒化物BNの化合物から形成され、例えば、Si、Al、Mg、La、Zr、Ti、Nb、Taなどの酸化物、窒化物あるいは酸化窒化物から形成される。中間層は、本発明では多層構造、例えば、第1中間層と第2中間層とで形成する場合、第1中間層と第2中間層とは同系の材料を用いてもよいし、別の材料を用いてもよい。
(Middle layer)
The intermediate layer of the present invention is formed from a compound of an oxide BO of a metal B or a nitride BN, which is a metal element different from the metal A formed between the first and second light absorbing layers, and is, for example, Si. It is formed from oxides, nitrides or oxide nitrides such as Al, Mg, La, Zr, Ti, Nb and Ta. In the present invention, when the intermediate layer is formed by a multilayer structure, for example, a first intermediate layer and a second intermediate layer, the first intermediate layer and the second intermediate layer may be made of the same material, or may be different. Materials may be used.
中間層は多層構造を有し、例えば、2層(第1及び第2中間層)で構成した場合、第1中間層を第1光吸収層上に形成し、この第1中間層上に第2中間層を形成する。そして、この第2中間層上に第2光吸収層を形成することにより、1つの光学調整層が形成される。 The intermediate layer has a multi-layer structure. For example, when it is composed of two layers (first and second intermediate layers), the first intermediate layer is formed on the first light absorption layer, and the first intermediate layer is on the first intermediate layer. 2 Form an intermediate layer. Then, by forming the second light absorption layer on the second intermediate layer, one optical adjustment layer is formed.
この場合、第1中間層の可視光波長領域における消衰係数が、第2中間層の可視光波長領域における消衰係数よりも大きくなるように第1中間層を設ける。このとき、第1中間層を形成する化合物の消衰係数と、第2中間層を形成する化合物の消衰係数とは、同一の波長で大小関係が定義される。 In this case, the first intermediate layer is provided so that the extinction coefficient in the visible light wavelength region of the first intermediate layer is larger than the extinction coefficient in the visible light wavelength region of the second intermediate layer. At this time, the extinction coefficient of the compound forming the first intermediate layer and the extinction coefficient of the compound forming the second intermediate layer are defined to have a magnitude relationship at the same wavelength.
なお、中間層は3層以上設けてもよい。その場合には、各中間層を形成する化合物を同系の材料とすることで、屈折率差の低減や密着性などの向上に有利である。 The intermediate layer may be provided in three or more layers. In that case, it is advantageous to reduce the difference in refractive index and improve the adhesion by using the compound forming each intermediate layer as a similar material.
例えば、酸化チタンの酸化物(TiOx)で形成された第1光吸収層上において第1中間層と第2中間層とを酸化アルミニウムでそれぞれ積層する場合、その第1中間層を形成する酸化アルミニウム(Al2Oy)の酸化数よりも第2中間層を形成する酸化アルミニウム(Al2Oz)の酸化数を大きく、すなわち、y<zの条件を満たすように形成する。第2中間層は例えばAl2O3となるように形成し、可視光波長における消衰係数が極力小さくなるようにすることが好ましい。 For example, when the first intermediate layer and the second intermediate layer are laminated with aluminum oxide on the first light absorbing layer formed of an oxide of titanium oxide (TiO x), the oxidation forming the first intermediate layer is performed. The oxidation number of aluminum oxide (Al 2 Oz ) forming the second intermediate layer is larger than the oxidation number of aluminum (Al 2 O y ), that is, it is formed so as to satisfy the condition of y <z. It is preferable that the second intermediate layer is formed so as to be, for example, Al 2 O 3 , so that the extinction coefficient at the visible light wavelength is as small as possible.
例えば、第1中間層成膜時には、反応性ガスを導入しないで成膜し、第2中間層成膜時には酸素などの反応性ガスを十分に導入しながら成膜することで、第1中間層の可視光波長領域における消衰係数が、第2中間層の可視光波長領域における消衰係数よりも大きくなり、更に第2中間層の可視光波長領域における消衰係数がゼロに近くなる。なお、第1中間層成膜時に反応性ガスを導入しないことで、第1吸収層の消衰係数が中間層成膜時に変動することを抑制することができる。 For example, when the first intermediate layer is formed, the first intermediate layer is formed without introducing a reactive gas, and when the second intermediate layer is formed, the first intermediate layer is formed while sufficiently introducing a reactive gas such as oxygen. The extinction coefficient in the visible light wavelength region of the second intermediate layer becomes larger than the extinction coefficient in the visible light wavelength region of the second intermediate layer, and the extinction coefficient in the visible light wavelength region of the second intermediate layer becomes close to zero. By not introducing a reactive gas during the film formation of the first intermediate layer, it is possible to suppress fluctuations in the extinction coefficient of the first absorption layer during the film formation of the intermediate layer.
ここで、第1中間層の消衰係数を第2中間層と比べて大きく設定すると、第1中間層の光吸収率が大きくなるが、本発明では、光学フィルタの光吸収特性への変動要因を最小化するため、第1中間層の厚さを第2中間層よりも極力薄く、好ましくは第2中間層の半分以下の厚さ、より好ましくは1/4以下の厚さとするのが良い。 Here, if the extinction coefficient of the first intermediate layer is set to be larger than that of the second intermediate layer, the light absorption rate of the first intermediate layer becomes large, but in the present invention, a factor of fluctuation in the light absorption characteristics of the optical filter. The thickness of the first intermediate layer should be as thin as possible, preferably less than half the thickness of the second intermediate layer, and more preferably less than 1/4 of the thickness of the second intermediate layer. ..
すなわち、第2中間層よりも大きい消衰係数となるように第1中間層を設けて、第2中間層成膜による第1光吸収層の消衰係数の変動を抑え、加えて第1中間層の厚さをなるべく薄くして光学フィルタの光吸収特性に対する影響を最小化し、更に第2中間層の消衰係数が実質ゼロになるように第2中間層を設けることにより、光学フィルタ全体の光吸収特性は、第1及び第2光吸収層によって定めることができる。つまり、中間層に影響されず、安定した光量調整の機能が第1及び第2光吸収層によって得られる。 That is, the first intermediate layer is provided so as to have an extinction coefficient larger than that of the second intermediate layer, the fluctuation of the extinction coefficient of the first light absorption layer due to the film formation of the second intermediate layer is suppressed, and in addition, the first intermediate By making the thickness of the layer as thin as possible to minimize the influence on the light absorption characteristics of the optical filter, and by providing the second intermediate layer so that the extinction coefficient of the second intermediate layer becomes substantially zero, the entire optical filter is provided. The light absorption characteristics can be determined by the first and second light absorption layers. That is, the first and second light absorption layers provide a stable function of adjusting the amount of light without being affected by the intermediate layer.
また、第1中間層の消衰係数は0.1以下であることが好ましい。消衰係数が0.1より大きいと、光学フィルタの透過率特性に与える影響が大きくなり、透過率特性の著しい悪化を招く虞があるためである。 Further, the extinction coefficient of the first intermediate layer is preferably 0.1 or less. This is because if the extinction coefficient is larger than 0.1, the influence on the transmittance characteristic of the optical filter becomes large, which may lead to a significant deterioration of the transmittance characteristic.
更に、上述のように第1中間層は第2中間層よりも膜厚が薄く、具体的には60Å〜200Åであることが好ましい。60Åよりも膜厚が薄いと、第1中間層は海島構造となり、十分な層を形成しない虞があり、第2中間層成膜時に導入される反応性ガスによる第1光吸収層の酸化あるいは窒化を十分に防止できないことがある。一方、200Åよりも厚いと、第1中間層の有する可視光波長領域における微小な光吸収特性が光学フィルタの透過率平坦性に悪影響を与える虞がある。 Further, as described above, the first intermediate layer has a thinner film thickness than the second intermediate layer, and specifically, it is preferably 60 Å to 200 Å. If the film thickness is thinner than 60 Å, the first intermediate layer has a sea-island structure, and there is a risk that a sufficient layer may not be formed. Nitriding may not be sufficiently prevented. On the other hand, if it is thicker than 200 Å, the minute light absorption characteristic of the first intermediate layer in the visible light wavelength region may adversely affect the transmittance flatness of the optical filter.
中間層は、光学フィルタの透過率平坦性をよりフラットにするための機能を有する。光吸収層の消衰係数は、可視光波長領域において必ずしも均一ではない。このため、光吸収層全体で吸収する光量を可視光波長領域で略均一とするために、光吸収層と中間層との界面で光干渉を起こさせ最適な条件で光を透過或は反射させる必要がある。 The intermediate layer has a function for making the transmittance flatness of the optical filter flatter. The extinction coefficient of the light absorption layer is not always uniform in the visible light wavelength region. Therefore, in order to make the amount of light absorbed by the entire light absorption layer substantially uniform in the visible light wavelength region, light interference is caused at the interface between the light absorption layer and the intermediate layer, and light is transmitted or reflected under optimum conditions. There is a need.
光吸収層の材質や必要とされる透過率平坦性にもよるが、光吸収層と中間層との界面で最適な光干渉を得るには、中間層として60〜1500Å程度の膜厚が必要となる。前述のように第1中間層は消衰係数が大きいため、中間層の膜厚が200Åより大きくなる場合は第1中間層と第2中間層の多層構造とし、第1中間層の膜厚を200Å以下とすることが好ましい。 Although it depends on the material of the light absorption layer and the required transmittance flatness, a film thickness of about 60 to 1500 Å is required as the intermediate layer in order to obtain optimum light interference at the interface between the light absorption layer and the intermediate layer. It becomes. As described above, since the first intermediate layer has a large extinction coefficient, if the film thickness of the intermediate layer is larger than 200 Å, a multilayer structure of the first intermediate layer and the second intermediate layer is used, and the film thickness of the first intermediate layer is changed. It is preferably 200 Å or less.
ここで、中間層を第1及び第2光吸収層の間に形成された金属Aとは異なる金属元素である金属Bの酸化物BO又は窒化物BNの化合物としたのは、光吸収層と中間層との屈折率差を効果的に持たせるためである。 Here, it is the light absorption layer that the intermediate layer is a compound of the oxide BO or the nitride BN of the metal B, which is a metal element different from the metal A formed between the first and second light absorption layers. This is to effectively have a difference in refractive index from the intermediate layer.
前述のように、光学フィルタの透過率平坦性向上には光吸収層と中間層との光干渉効果を利用する必要があるが、光吸収層と中間層とが同一の金属元素からなる場合、十分な屈折率差を得ることができない虞があり、効果的な光干渉作用を得られないことがあるためである。 As described above, it is necessary to utilize the light interference effect between the light absorption layer and the intermediate layer in order to improve the transmittance flatness of the optical filter. However, when the light absorption layer and the intermediate layer are made of the same metal element, This is because there is a possibility that a sufficient refractive index difference cannot be obtained, and an effective optical interference effect may not be obtained.
第1及び第2中間層は、具体的には、真空蒸着、イオンプレーティング法、イオンアシスト法、など既知の様々な手法で成膜できる。例えば、第1及び第2中間層は、金属Bあるいは金属酸化物BOを出発材料として、第一中間層は酸素などの反応性ガスを導入しないで成膜し、第2中間層は十分な酸素あるいは窒素からなる反応性ガスを導入して成膜される。 Specifically, the first and second intermediate layers can be formed by various known methods such as vacuum deposition, ion plating method, and ion assist method. For example, the first and second intermediate layers are formed using metal B or metal oxide BO as a starting material, the first intermediate layer is formed without introducing a reactive gas such as oxygen, and the second intermediate layer is sufficiently oxygen. Alternatively, a reactive gas composed of nitrogen is introduced to form a film.
第1及び第2中間層は同じ金属Bから形成される金属酸化物BOあるいは金属窒化物BNからなる化合物であることが好ましい。同じ金属から形成することで、第1及び第2中間層の屈折率差を非常に小さくすることができ、第1及び第2中間層との光干渉により光学フィルタの透過率特性が悪化することを抑制することができる。 The first and second intermediate layers are preferably compounds made of metal oxide BO or metal nitride BN formed from the same metal B. By forming from the same metal, the difference in refractive index between the first and second intermediate layers can be made very small, and the transmittance characteristics of the optical filter deteriorate due to optical interference with the first and second intermediate layers. Can be suppressed.
更に、第1及び第2中間層が同じ金属Bからなる金属酸化物BOあるいは金属窒化物BNからなる化合物とすることで、第1及び第2中間層の密着を強固なものとすることが可能となる。 Further, by making the first and second intermediate layers a compound made of a metal oxide BO made of the same metal B or a metal nitride BN, it is possible to strengthen the adhesion between the first and second intermediate layers. It becomes.
(反射防止層)
本発明の光学フィルタの最表層には、好ましくは反射防止層を形成する。反射防止層はSiO2やMgF2などの屈折率の小さい材料からなり、反射を抑制する波長領域の中心波長をλとした時、光学膜厚がλ/4程度となるように成膜される。ここで、光学膜厚とは、屈折率と物理膜厚の積で表される。反射防止層は真空蒸着法やイオンプレーティング法、イオンアシスト法、など既知の様々な手法で成膜できる。なお、反射防止層は必要に応じて屈折率の異なる複数の薄膜から形成されていてもよい。複数の薄膜から形成される場合も、最表層の光学膜厚はλ/4程度であることが好ましい。ここで、λ/4程度とは0.7〜1.3λ/4程度の膜厚を指す。
(Anti-reflective layer)
An antireflection layer is preferably formed on the outermost layer of the optical filter of the present invention. The antireflection layer is made of a material having a small refractive index such as SiO 2 and Mg F 2, and is formed so that the optical film thickness is about λ / 4 when the central wavelength of the wavelength region for suppressing reflection is λ. .. Here, the optical film thickness is represented by the product of the refractive index and the physical film thickness. The antireflection layer can be formed by various known methods such as a vacuum deposition method, an ion plating method, and an ion assist method. The antireflection layer may be formed of a plurality of thin films having different refractive indexes, if necessary. Even when formed from a plurality of thin films, the optical film thickness of the outermost layer is preferably about λ / 4. Here, about λ / 4 means a film thickness of about 0.7 to 1.3 λ / 4.
<実施例1>
図2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透明基板の両面に複数の光学調整層と反射防止層からなる光量調整膜8が形成された構成となっている。表1に実施例1に係る光学フィルタの設計例を設計例1として示す。
<Example 1>
FIG. 2 shows a block diagram of the optical filter according to this embodiment. The optical filter of this embodiment has a configuration in which a light
設計例1の光学フィルタ11は、厚み75μmのPET基板からなる透明基板に、TiOx(0<x<2)からなる第1及び第2光吸収層と、Al2Oy(第1酸化物)からなる第1中間層とAl2Oz(第2酸化物)からなる第2中間層が形成されている。
The
ここで、y<zであり、Al2Oyの可視光波長における消衰係数はAl2Ozの可視光波長における消衰係数よりも大きい。更に、最表層にMgF2からなる反射防止層が形成されている。 Here, y <z, and the extinction coefficient of Al 2 O y at the visible light wavelength is larger than the extinction coefficient of Al 2 O z at the visible light wavelength. Further, an antireflection layer made of MgF2 is formed on the outermost layer.
本実施例の光量調整膜8は、全ての光学調整層の光吸収層がTiOx、第一中間層が第1化合物Al2Oy、第2中間膜が第2化合物Al2Ozとなっている。図3に設計例1の光学フィルタの分光透過率特性を示す。
In the light
本実施例の光学フィルタの製造方法について説明する。実施例1の光学フィルタは真空蒸着法によって作製した。先ず、PET基板を成膜治具にセットし、PET基板の成膜する面を蒸着材料と対向するように蒸着ドームに取り付ける。蒸着ドームを蒸着チャンバーに投入し、排気を行う。蒸着チャンバー内が所望の真空度、例えば1.0×10−3Pa程度となったら、第1光吸収層の成膜を開始する。 The method of manufacturing the optical filter of this embodiment will be described. The optical filter of Example 1 was produced by a vacuum vapor deposition method. First, the PET substrate is set on the film forming jig, and the PET substrate is attached to the vapor deposition dome so that the film forming surface of the PET substrate faces the vapor deposition material. The vapor deposition dome is put into the vapor deposition chamber and exhausted. When the vacuum inside the vapor deposition chamber reaches a desired degree of vacuum, for example, about 1.0 × 10 -3 Pa, the film formation of the first light absorption layer is started.
第1光吸収層はチタン酸化物を出発材料とし、電子ビームにて坩堝に納められたチタン酸化物を加熱し、PET基板に蒸着させる。チタン酸化物はTiOx膜としてPET基板に蒸着される。本実施例では第1光吸収層成膜時に酸素などの反応性ガスを導入しなかったが、必要に応じて適宜導入してもよい。 The first light absorption layer uses titanium oxide as a starting material, and the titanium oxide stored in the crucible is heated by an electron beam to be deposited on a PET substrate. Titanium oxide is deposited on the PET substrate as a TiO x film. In this embodiment, a reactive gas such as oxygen was not introduced at the time of forming the first light absorption layer, but it may be introduced as appropriate if necessary.
続けて、第1光吸収層を所望の膜厚で成膜したら、次に第1中間層を成膜する。第1中間層は出発材料に酸化アルミニウムを用いる。坩堝に充填された出発材料である酸化アルミニウムを電子ビームで加熱し、酸素ガスを導入しないで蒸着させる。 Subsequently, after the first light absorption layer is formed with a desired film thickness, the first intermediate layer is then formed. Aluminum oxide is used as a starting material for the first intermediate layer. Aluminum oxide, which is the starting material filled in the crucible, is heated with an electron beam and vapor-deposited without introducing oxygen gas.
酸素ガスを導入しないで成膜すると、電子ビームのエネルギーによって発生した出発材料である酸化アルミニウムの酸素欠損が、PET基板到達までの間に十分に補完されずに成膜される。第1中間層成膜時に酸素ガスを導入しないことで、第1吸収層の消衰係数の変動を抑制して、中間層を形成することができる。 When the film is formed without introducing oxygen gas, the oxygen deficiency of aluminum oxide, which is a starting material generated by the energy of the electron beam, is not sufficiently complemented until the PET substrate is reached, and the film is formed. By not introducing oxygen gas at the time of forming the first intermediate layer, it is possible to suppress the fluctuation of the extinction coefficient of the first absorbing layer and form the intermediate layer.
更に、第1中間層の成膜が終了したら、第2中間層の成膜を行う。第2中間層は第1中間層と同じく、出発材料に酸化アルミニウムを用いる。第2中間層は、電子ビームによって出発材料である酸化アルミニウムを加熱し、チャンバー内の圧力が3.0×10−3Paとなるように酸素ガスを導入し成膜を行う。 Further, when the film formation of the first intermediate layer is completed, the film formation of the second intermediate layer is performed. As with the first intermediate layer, aluminum oxide is used as a starting material for the second intermediate layer. In the second intermediate layer, aluminum oxide, which is a starting material, is heated by an electron beam, and oxygen gas is introduced so that the pressure in the chamber becomes 3.0 × 10 -3 Pa to form a film.
このように成膜することで、電子ビームのエネルギーによって発生した出発材料の酸化アルミニウムの酸素欠損が、チャンバー内に導入された酸素によって十分に補完された層とすることができる。 By forming the film in this way, the oxygen deficiency of the starting material aluminum oxide generated by the energy of the electron beam can be made into a layer sufficiently complemented by the oxygen introduced into the chamber.
なお、本実施例では、第2中間層成膜時の圧力を3.0×10−3Paとしたが、これに限らず成膜レートや成膜開始時の圧力に応じて最適な酸素ガス導入量とすればよい。ここで、第1中間層は第2中間層よりも膜厚が薄い構成となっている。 In this embodiment, the pressure at the time of forming the second intermediate layer is 3.0 × 10 -3 Pa, but the pressure is not limited to this, and the optimum oxygen gas is used according to the film forming rate and the pressure at the start of film formation. The amount to be introduced may be used. Here, the first intermediate layer has a thinner film thickness than the second intermediate layer.
第1中間層と第2中間層は共にアルミニウムの酸化物だが、第1中間層は酸素欠損が生じた状態となっており、可視光波長領域に弱い吸収を有しているため、第1中間層を厚膜とすると光量調整膜の透過率平坦性を悪化させる虞があるためである。 Both the first intermediate layer and the second intermediate layer are oxides of aluminum, but the first intermediate layer is in a state of oxygen deficiency and has weak absorption in the visible light wavelength region, so that the first intermediate layer has weak absorption. This is because if the layer is a thick film, the transmittance flatness of the light amount adjusting film may be deteriorated.
続けて、第2中間層の成膜が終わったら、第2吸収層であるTiOxを成膜する。第2吸収層は第1吸収層と同じ要領で成膜することができる。前述の要領で光吸収層と中間層を順次成膜していき、9層目の成膜が終わったら、反射防止層を形成する。なお、このような反射防止層は設けなくてもよい。 Subsequently, when the film formation of the second intermediate layer is completed, the TiO x which is the second absorption layer is formed. The second absorption layer can be formed in the same manner as the first absorption layer. The light absorption layer and the intermediate layer are sequentially formed in the same manner as described above, and when the formation of the ninth layer is completed, the antireflection layer is formed. It is not necessary to provide such an antireflection layer.
本実施例では反射防止層としてMgF2を成膜した。反射防止層は出発材料である弗化マグネシウムが充填された坩堝を電子ビームにより加熱し、MgF2を所望の膜厚で成膜する。反射防止層の成膜が終わったら、ベントを行い、蒸着機チャンバー内の圧力を常圧とし、PET基板を取り出す。更に、PET基板の反対面にも同様に光吸収層、中間層及び反射防止層からなる光量調整膜を形成する。 In this example, MgF 2 was formed as an antireflection layer. The antireflection layer heats a crucible filled with magnesium fluoride, which is a starting material, with an electron beam to form MgF 2 with a desired film thickness. After the film formation of the antireflection layer is completed, venting is performed, the pressure in the vapor deposition machine chamber is set to normal pressure, and the PET substrate is taken out. Further, a light amount adjusting film composed of a light absorbing layer, an intermediate layer and an antireflection layer is similarly formed on the opposite surface of the PET substrate.
特に、本実施例の様に、透明基板として樹脂製基板などを用いる場合は、透明基板の両面に光量調整膜を設けることが好ましく、基板の両面に設けられた光量調整膜が略同一の設計であることが更に好ましい。このような構成とすることで、透明基板として比較的剛性の低い樹脂基板を用いても、反りやうねりの小さい光学フィルタとすることができる。 In particular, when a resin substrate or the like is used as the transparent substrate as in this embodiment, it is preferable to provide light intensity adjusting films on both sides of the transparent substrate, and the light intensity adjusting films provided on both sides of the substrate are designed to be substantially the same. Is more preferable. With such a configuration, even if a resin substrate having a relatively low rigidity is used as the transparent substrate, an optical filter having a small warp or waviness can be obtained.
本実施例では、同一設計の光量調整膜が透明基板の両面に形成された光学フィルタとしたが、光量調整膜が透明基板の片方のみに構成されていてもよいし、それぞれの面で異なる膜設計の光量調整膜としてもよい。また、基板の一方の面のみに光量調整膜が形成されていてもよい。 In this embodiment, the light amount adjusting film of the same design is formed on both sides of the transparent substrate, but the light amount adjusting film may be formed on only one side of the transparent substrate, or different films on each surface. It may be used as a design light amount adjusting film. Further, the light amount adjusting film may be formed only on one surface of the substrate.
また、透明基板と光量調整膜との界面に下地層を設けてもよい。下地層としては金属の酸化物が好ましく、例えばSiO2やAl2O3、TiO2などが好適である。下地層としては、光量調整膜の透過率平坦性に影響を与えないことが好ましく、可視光波長領域において光吸収性が小さいことが好ましい。 Further, a base layer may be provided at the interface between the transparent substrate and the light amount adjusting film. As the base layer, a metal oxide is preferable, and for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , TIO 2 and the like are suitable. The base layer preferably does not affect the transmittance flatness of the light amount adjusting film, and preferably has low light absorption in the visible light wavelength region.
具体的には、第2中間層と同程度の酸化数、即ち、略完全に酸化した金属酸化物であることが好ましい。これらの下地層を設けることで、透明基板と光量調整膜との密着性を向上させることができる。更に、特に本実施例の様にガラス製と比較して吸水率の大きい樹脂製の透明基板を用いた場合、下地層を設けることで、透明基板から第一層へ水蒸気や酸素などが移動するのを抑制する効果も期待できる。 Specifically, it is preferable that the oxidation number is about the same as that of the second intermediate layer, that is, the metal oxide is substantially completely oxidized. By providing these base layers, the adhesion between the transparent substrate and the light amount adjusting film can be improved. Further, particularly when a transparent substrate made of resin having a higher water absorption rate than that made of glass is used as in this embodiment, water vapor, oxygen, etc. move from the transparent substrate to the first layer by providing the base layer. Can also be expected to have the effect of suppressing.
なお、設計例1では、全ての中間層が多層構造となっているが、例えば表2の設計例2で示すように、一部の中間層が1層からなる構成であってもよい。設計例2では4層目と6層目の光吸収層の間に存在する中間層がAl3Oyのみとなっている。 In Design Example 1, all the intermediate layers have a multi-layer structure, but as shown in Design Example 2 in Table 2, for example, a part of the intermediate layers may be composed of one layer. Intermediate layer between the design example In 2 fourth layer and the sixth layer of the light absorbing layer is made only Al 3 O y.
設計例2においては、5層目の中間層に求められる膜厚が十分に薄く、5層目の中間層の酸素欠損による光吸収は、光量調整膜の平坦性に影響を与えないレベルの膜厚であるためである。図3に設計例2の光学フィルタの分光透過率特性を示す。 In Design Example 2, the film thickness required for the fifth intermediate layer is sufficiently thin, and light absorption due to oxygen deficiency in the fifth intermediate layer does not affect the flatness of the light amount adjusting film. This is because it is thick. FIG. 3 shows the spectral transmittance characteristics of the optical filter of Design Example 2.
設計例1では、第1中間層と第2中間層を共に金属酸化物(Al2OyまたはAl2Oz)としたが、設計例3で示すように、例えば第1中間層を第1化合物SiOn、第2中間層を第2化合物Si3Nmの様に、一方を金属酸化物(第1酸化物)、もう一方を金属窒化物(第2窒化物)としてもよい。この場合も、第1中間層の可視光波長領域における消衰係数は、第2中間層の可視光波長領域における消衰係数よりも大きく、且つ、第1中間層は第2中間層よりも薄い層となっている。
In the design example 1, both the metal oxide of the first intermediate layer and the second
なお、第2中間層のSi3Nmは十分に窒化した状態、即ちSi3N4となるように成膜され、可視光波長領域における消衰係数が略ゼロであることが好ましい。ここで、SiOnは酸化ケイ素を出発材料として、電子ビームにより酸化ケイ素を加熱し、反応性ガスを導入することなく成膜することで得られ、窒化膜SiNmはケイ素を出発材料とし、電子ビームによって出発材料であるケイ素を加熱し、チャンバー内の圧力が8.0×10−3Paとなるように窒素ガスを導入し成膜することで得られる。 It is preferable that the Si 3 N m of the second intermediate layer is formed so as to be in a sufficiently nitrided state, that is, Si 3 N 4, and the extinction coefficient in the visible light wavelength region is substantially zero. Here, SiO n is obtained by heating silicon oxide with an electron beam using silicon oxide as a starting material and forming a film without introducing a reactive gas, and the nitride film SiN m uses silicon as a starting material and has electrons. It is obtained by heating silicon, which is a starting material, with a beam and introducing nitrogen gas so that the pressure in the chamber becomes 8.0 × 10 -3 Pa to form a film.
このように成膜することで、中間層成膜による第1光吸収層の消衰係数の変動を抑制することができ、光学特性の安定した光学調整膜とすることができる。図3に設計例3(表3)の光学フィルタの分光透過率特性を示す。 By forming the film in this way, it is possible to suppress fluctuations in the extinction coefficient of the first light absorption layer due to the film formation of the intermediate layer, and it is possible to obtain an optical adjustment film having stable optical characteristics. FIG. 3 shows the spectral transmittance characteristics of the optical filter of Design Example 3 (Table 3).
光量調整膜は、面方向に段階的あるいは連続的に透過率が変化する領域を有していてもよい。段階的に透過率濃度の異なる光学フィルタは、例えば、光学調整膜を成膜する際に、開口の異なる複数の成膜マスクを使用することで作製できる。 The light amount adjusting film may have a region in which the transmittance changes stepwise or continuously in the plane direction. Optical filters having stepwise different transmittance densities can be produced, for example, by using a plurality of film forming masks having different openings when forming an optical adjusting film.
成膜マスクは、透明基板に形成される蒸着膜の範囲を決定するもので、成膜マスクの開口が透明基板への成膜領域となる。開口の異なる複数の成膜マスクを使用して、複数回蒸着をすることで、それぞれの蒸着工程で成膜される領域が異なるため、段階的に透過率の異なる光量調整膜とすることができる。 The film-forming mask determines the range of the thin-film film formed on the transparent substrate, and the opening of the film-forming mask is the film-forming region on the transparent substrate. By depositing multiple times using a plurality of film forming masks having different openings, the area formed in each vapor deposition process is different, so that a light amount adjusting film having a stepwise different transmittance can be obtained. ..
透過率が連続的に変化する光学フィルタは、例えば、光量調整膜の透過率を主に決定している光吸収層の膜厚を面方向で連続的に変化さたり、光吸収層の成膜時の反応性ガス導入量を調整し面方向で酸化数あるいは窒化数を連続低に変化させることで作製できる。 An optical filter having a continuously changing transmittance can be used, for example, to continuously change the film thickness of the light absorbing layer, which mainly determines the transmittance of the light amount adjusting film, in the plane direction, or to form a light absorbing layer. It can be produced by adjusting the amount of reactive gas introduced at the time and continuously changing the oxidation number or the nitrided number in the plane direction.
なお、段階的あるいは連続的に透過率が変化する場合、光吸収層の成膜されていない領域、即ち略透明な領域が光学フィルタ内に存在することが好ましい。段階的あるいは連続的に透過率が変化する光量調整膜は前述した手法に限らず、すでに既知の様々な方法で作製可能である。 When the transmittance changes stepwise or continuously, it is preferable that a region in which the light absorption layer is not formed, that is, a substantially transparent region exists in the optical filter. The light amount adjusting film whose transmittance changes stepwise or continuously is not limited to the above-mentioned method, and can be produced by various already known methods.
<実施例2>
図4には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透明基板1の一方の面に光量調整膜8、もう一方の面に反射防止膜9が構成された構成となっている。表4に実施例2に係る光学調整フィルタの設計例を設計例4として示す。
<Example 2>
FIG. 4 shows a block diagram of the optical filter according to this embodiment. The optical filter of this embodiment has a structure in which a light
本実施例の光学フィルタは、透明基板である板厚400μmのガラス基板(B270i:ショット社製)の一方の面に光吸収層及び中間層からなる光学調整層が形成されており、もう一方の面に複数層からなる反射防止膜が形成された構成となっている。設計例4の光学フィルタは図5に示したような分光透過率特性を有し、可視光波長領域における分光透過率が略均一となっている。 In the optical filter of this embodiment, an optical adjustment layer composed of a light absorption layer and an intermediate layer is formed on one surface of a glass substrate (B270i: manufactured by Schott AG) having a plate thickness of 400 μm, which is a transparent substrate, and the other. It has a structure in which an antireflection film composed of a plurality of layers is formed on the surface. The optical filter of Design Example 4 has the spectral transmittance characteristics as shown in FIG. 5, and the spectral transmittance in the visible light wavelength region is substantially uniform.
設計例4の光学調整膜は光吸収層としてTiOx及びTiを用いている。設計例4では透明基板の片面のみで光を減衰することが光量調整膜に求められる。このため、設計例4では、光吸収層の一部に金属膜であるTiを使用した。TiはTiOxと比較し消衰係数が大きく、Tiを使用することで、光吸収層のトータル膜厚を薄くすることができる。 The optical adjustment film of Design Example 4 uses TiO x and Ti as the light absorption layer. In Design Example 4, the light amount adjusting film is required to attenuate light only on one side of the transparent substrate. Therefore, in Design Example 4, Ti, which is a metal film, is used as a part of the light absorption layer. Ti has a larger extinction coefficient than TiO x, and by using Ti, the total film thickness of the light absorption layer can be reduced.
Tiは蒸着材料として金属チタンを使用し、金属チタンを充填した坩堝に電子ビームを照射し、成膜時に酸素ガスなどの反応性ガスを導入することなく成膜することで形成される。他の光吸収層であるTiOx、第1及び第2中間層に関しては、実施例1と同様の条件で成膜した。 Ti is formed by using metallic titanium as a vapor deposition material, irradiating a crucible filled with metallic titanium with an electron beam, and forming a film without introducing a reactive gas such as oxygen gas at the time of film formation. The other light absorption layers, TiO x , the first and second intermediate layers, were formed under the same conditions as in Example 1.
なお、設計例4では光吸収層の一部のみを金属膜としたが、光吸収層の全ての層を金属膜としてもよいし、金属膜を使用しなくてもよい。また、第1吸収層と第2吸収層を形成する金属元素が異なっていてもよい。 In Design Example 4, only a part of the light absorption layer is a metal film, but all the layers of the light absorption layer may be a metal film, or a metal film may not be used. Further, the metal elements forming the first absorption layer and the second absorption layer may be different.
ここで、反射防止膜について説明する。設計例4において反射防止膜は、透明基板の光量調整膜が成膜されていない面の表面反射を抑制するために設けられる。反射防止膜は屈折率の異なる複数の薄膜を積層することで形成され、設計例4ではTiO2とSiO2が交互に4層積層されている。 Here, the antireflection film will be described. In Design Example 4, the antireflection film is provided to suppress surface reflection on the surface of the transparent substrate on which the light amount adjusting film is not formed. The antireflection film is formed by laminating a plurality of thin films having different refractive indexes, and in Design Example 4, TiO 2 and SiO 2 are alternately laminated in four layers.
設計例4ではTiO2とSiO2を用いているが、これらに限らずMgF2、SiO、Si3H4、Al2O3、MgO、LaTiO3、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5など様々な材料を任意に組み合わせて使用することができる。 In Design Example 4, TiO 2 and SiO 2 are used, but the present invention is not limited to MgF 2 , SiO, Si 3 H 4 , Al 2 O 3 , MgO, LaTIO 3 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O. Various materials such as 5 can be used in any combination.
反射防止膜の最表層は、低屈折率材料とすることが好ましく、実施例4ではSiO2としているが、MgF2も好適に使用できる。本実施例において、反射防止膜を複数層からなるものとしたのは、光量調整膜の透過率平坦性に極力影響を与えないようにするためである。 The outermost surface layer of the antireflection film is preferably made of a material having a low refractive index, and although SiO 2 is used in Example 4, MgF 2 can also be preferably used. In this embodiment, the antireflection film is composed of a plurality of layers in order to minimize the influence on the transmittance flatness of the light amount adjusting film.
単層の反射防止膜は、中心波長において反射率が最も低くなり、中心波長から遠ざかるにつれて徐々に反射率が上昇する。すなわち、単層から形成される反射防止膜の場合、反射防止膜の中心波長から遠ざかるに従い、反射防止膜の影響で光学フィルタの透過率が低くなり、透過率平坦性の悪化を招く虞がある。一方、反射防止膜を複数層からなる積層構造とすることで、単層の反射防止膜と比較して広い波長範囲で反射を抑制することができ、光学フィルタの透過率平坦性を著しく悪化することを抑制することができる。 The single-layer antireflection film has the lowest reflectance at the central wavelength, and the reflectance gradually increases as the distance from the central wavelength increases. That is, in the case of an antireflection film formed from a single layer, the transmittance of the optical filter decreases due to the influence of the antireflection film as the distance from the center wavelength of the antireflection film increases, which may lead to deterioration of the transmittance flatness. .. On the other hand, by forming the antireflection film into a laminated structure composed of a plurality of layers, reflection can be suppressed in a wider wavelength range as compared with a single layer antireflection film, and the transmittance flatness of the optical filter is significantly deteriorated. Can be suppressed.
本実施例では第1中間層と第2中間層に金属酸化物を用いたが、設計例2の様に、単層の中間層を含んでいてもよいし、設計例3の様に第一中間層に金属酸化物、第2中間層に金属窒化物を用いてもよい。なお、実施例1と同様に、本実施例における光量調整膜においても、段階的あるいは連続的に透過率が変化する領域を有していてもよい。 In this embodiment, metal oxides are used for the first intermediate layer and the second intermediate layer, but as in Design Example 2, a single intermediate layer may be included, or as in Design Example 3, the first A metal oxide may be used for the intermediate layer, and a metal nitride may be used for the second intermediate layer. As in Example 1, the light amount adjusting film in this example may also have a region in which the transmittance changes stepwise or continuously.
<実施例3>
図6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、透明基板の一方の面に光量調整膜、もう一方の面に赤外カット膜が形成された構造となっている。表5に実施例3に係る光学フィルタの設計例を設計例5として示す。
<Example 3>
FIG. 6 shows a block diagram of the optical filter according to this embodiment. The optical filter of this embodiment has a structure in which a light amount adjusting film is formed on one surface of a transparent substrate and an infrared cut film is formed on the other surface. Table 5 shows a design example of the optical filter according to the third embodiment as a design example 5.
本実施例の光学フィルタは、可視光を略透過し、赤外光波長領域に吸収機能を有する板厚400μmの赤外吸収ガラス(NF50T:旭硝子社製)を透明基板1とし、赤外吸収ガラスの一方の面に、光吸収層及び中間層からなる光学調整層を有する光量調整膜8が形成されており、もう一方の面に屈折率の異なる複数の薄膜の積層体からなる赤外カット膜10が形成されている。設計例5の光学フィルタの分光特性を図7に示す。
In the optical filter of this embodiment, an infrared absorption glass (NF50T: manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) having a plate thickness of 400 μm, which substantially transmits visible light and has an absorption function in the infrared light wavelength region, is used as a
設計例5の光学フィルタは、光量調整膜により可視光波長領域の透過率が略均一に減衰されると同時に、赤外カット膜によって近赤外光波長領域の光の透過が遮蔽されている。 In the optical filter of Design Example 5, the transmittance in the visible light wavelength region is attenuated substantially uniformly by the light amount adjusting film, and at the same time, the transmission of light in the near infrared wavelength region is blocked by the infrared cut film.
本実施例の光学フィルタの製造方法について説明する。赤外吸収ガラスを成膜治具にセットし、実施例1と同様の方法で赤外吸収ガラスの一方の面に光量調整膜を形成する。次に、赤外吸収ガラスの光量調整膜を形成した面とは反対面に赤外カット膜を形成する。 The method of manufacturing the optical filter of this embodiment will be described. The infrared absorbing glass is set on the film forming jig, and a light amount adjusting film is formed on one surface of the infrared absorbing glass by the same method as in Example 1. Next, an infrared cut film is formed on the surface opposite to the surface on which the light amount adjusting film of the infrared absorbing glass is formed.
ここで、赤外カット膜について説明する。赤外カット膜は屈折率の異なる複数の薄膜積層構造体である。薄膜の屈折率差を利用して光干渉を発現させ、赤外光波長領域の光を反射するように積層される。薄膜材料としては、MgF2、SiO2、SiO、Si3H4、Al2O3、MgO、LaTiO3、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Ta2O5などを用いることができる。 Here, the infrared cut film will be described. The infrared cut film is a plurality of thin film laminated structures having different refractive indexes. Light interference is expressed by utilizing the difference in refractive index of the thin films, and the thin films are laminated so as to reflect light in the infrared wavelength region. As the thin film material, MgF 2 , SiO 2 , SiO, Si 3 H 4 , Al 2 O 3 , MgO, LaTIO 3 , ZrO 2 , TiO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and the like can be used.
赤外カット膜は、赤外カット膜によって形成されるカット波長領域における中心波長をλとすると、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。特に透明基板との界面にリップルを低減する層を複数層形成することが効果的である。 The infrared cut film has a refractive index of about λ / 4, specifically about 0.7 to 1.3 λ / 4, assuming that the central wavelength in the cut wavelength region formed by the infrared cut film is λ. The basic configuration is a structure in which a plurality of inorganic thin films having different rates are laminated. However, in order to reduce the ripple in the transmission band, a layer far away from λ / 4 may be provided. In particular, it is effective to form a plurality of layers for reducing ripple at the interface with the transparent substrate.
赤外カット膜は図8に示したような分光特性を有しており、透過領域からカット領域へと遷移する遷移波長領域を有し、この遷移波長領域中に透過率が50%となる赤外半値波長が存在する。本実施例で使用したような赤外吸収ガラスも赤外半値波長を有しているが、赤外カット膜によって形成される赤外半値波長が赤外吸収ガラスの赤外半値波長よりも長波長側に存在するようにすることが好ましい。 The infrared cut film has the spectral characteristics as shown in FIG. 8, has a transition wavelength region that transitions from the transmission region to the cut region, and red having a transmittance of 50% in this transition wavelength region. There is an outer half wavelength. The infrared absorption glass used in this example also has an infrared half-value wavelength, but the infrared half-value wavelength formed by the infrared cut film is longer than the infrared half-value wavelength of the infrared absorption glass. It is preferable to be on the side.
赤外カット膜と比較し、赤外吸収ガラスの赤外半値波長は製造方法的にバラつきが発生しにくい。このため、主に赤外吸収ガラスにより赤外半値波長が決定する構成とすることで、赤外半値波長の安定した光学フィルタとすることができる。 Compared with the infrared cut film, the infrared half-value wavelength of the infrared absorbing glass is less likely to vary in the manufacturing method. Therefore, it is possible to obtain a stable optical filter having an infrared half-value wavelength by configuring the infrared absorption glass to determine the infrared half-value wavelength.
赤外カット膜においては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く、本実施例ではSiO2とTiO2により赤外カット膜を形成した。この組み合わせとしたのは、実質的に屈折率差が最も大きくなる組合せであるためである。 In the infrared cut film, the larger the difference in the refractive index of the thin films, the smaller the number of layers required to obtain the desired spectral characteristics. Therefore, it is preferable to use a combination having the largest difference in the refractive index as much as possible. An infrared cut film was formed from SiO 2 and TiO 2. This combination is used because it is the combination in which the difference in refractive index is substantially the largest.
赤外カット膜は次のように作製する。赤外吸収ガラスの光学調整層を形成した面とは反対の面が、蒸着材料と対応するように蒸着ドームにセットし、蒸着チャンバー内の圧力が1.0×10−3Paになるまで排気を行う。チャンバー内の圧力が1.0×10−3Paに到達したら、坩堝に充填されたSiO2層の出発材料である酸化ケイ素を電子ビームにより加熱し、蒸着させる。 The infrared cut film is prepared as follows. The surface opposite to the surface on which the optical adjustment layer of the infrared absorbing glass is formed is set in the vapor deposition dome so as to correspond to the vapor deposition material, and exhausted until the pressure in the deposition chamber reaches 1.0 × 10 -3 Pa. I do. When the pressure in the chamber reaches 1.0 × 10 -3 Pa, silicon oxide, which is the starting material of the SiO 2 layer filled in the crucible, is heated by an electron beam to be vapor-deposited.
この時、蒸着チャンバー内にプラズマを発生させ、蒸着成分がプラズマ雰囲気を通って赤外吸収ガラスへと到達するように成膜する。SiO2層が所定の厚みとなったら、次にTiO2層を形成する。TiO2層の出発材料には酸化チタンを用い、坩堝に充填された酸化チタンを電子ビームにて加熱し、SiO2層成膜時と同様に蒸着チャンバー内にプラズマを発生させ、プラズマ雰囲気を通過した蒸着成分が赤外吸収ガラスに到達するように成膜する。このように所望の積層数SiO2層とTiO2層を交互に積層していく。 At this time, plasma is generated in the vapor deposition chamber, and the vapor deposition component is formed so as to reach the infrared absorbing glass through the plasma atmosphere. When the SiO 2 layer has a predetermined thickness, the TiO 2 layer is then formed. Titanium oxide is used as the starting material for the TiO 2 layer, and the titanium oxide filled in the pit is heated with an electron beam to generate plasma in the vapor deposition chamber and pass through the plasma atmosphere in the same way as when the SiO 2 layer is formed. A film is formed so that the deposited components reach the infrared absorbing glass. In this way, the desired number of laminated SiO 2 layers and the TiO 2 layers are alternately laminated.
設計例5では、赤外カット膜を一方の面に積層したが、図9(a)に示すように透明基板1のそれぞれの面に分割して赤外カット膜10a,赤外カット膜10bを成膜してもよい。赤外カット膜10を分割して成膜する場合は、図10に示すように、透明基板のそれぞれの面に形成する赤外カット膜10a、10bのカット波長が異なり、且つ、少なくとも一部が重なるような光学特性とすることが好ましい。このように形成することで、効率的に赤外光波長をカットすることが可能となると共に、赤外波長領域でカット機能が不十分な領域をなくすことができる。
In Design Example 5, the infrared cut film was laminated on one surface, but as shown in FIG. 9A, the
更に、設計例5では透明基板の一方の面に光量調整膜を形成したが、図9(b)に示すように透明基板の両面に光量調整膜8a、光量調整膜8bを形成してもよい。この時、透明基板の両面に形成された光量調整膜を合わせて、所望の光量を減衰できるように形成する。
Further, although the light amount adjusting film is formed on one surface of the transparent substrate in Design Example 5, the light
なお、赤外カット膜と光量調整膜とを基板の同一面に設ける場合、赤外カット膜上に光量調整膜を形成することで、帯電防止機能を有する光学フィルタとすることができる。光量調整膜は、導電性を有する光吸収層(金属あるいは金属の酸化物又は窒化物)を有し、反射防止層などを有していても表面抵抗率は10×1010Ω/□程度以下であり、十分に帯電防止機能を有しているためである。このため、異物などの付着しにくい光学フィルタとすることができる。 When the infrared cut film and the light amount adjusting film are provided on the same surface of the substrate, the optical filter having an antistatic function can be obtained by forming the light amount adjusting film on the infrared cut film. The light amount adjusting film has a conductive light absorption layer (metal or metal oxide or nitride), and even if it has an antireflection layer, the surface resistivity is about 10 × 10 10 Ω / □ or less. This is because it has a sufficient antistatic function. Therefore, it is possible to obtain an optical filter to which foreign matter and the like are less likely to adhere.
一方、光量調整膜上に赤外カット膜を形成することで、光学特性を長期に安定させることができる。光量調整膜は金属あるいは金属の酸化物又は窒化物からなる光吸収層が、大気中の酸素や水蒸気と接することで酸化が促進され、経時的に透過率が上昇することがあるが、赤外カット膜を光量調整膜上に形成することで第一層が酸素や水蒸気と接するのを抑制し、透過率変化が生じにくくなる。 On the other hand, by forming an infrared cut film on the light amount adjusting film, the optical characteristics can be stabilized for a long period of time. In the light amount adjusting film, the light absorption layer made of metal or metal oxide or nitride comes into contact with oxygen or water vapor in the atmosphere to promote oxidation, and the transmittance may increase with time. By forming the cut film on the light amount adjusting film, the first layer is suppressed from coming into contact with oxygen and water vapor, and the change in transmittance is less likely to occur.
更には、端面を含む赤外カット膜を光量調整膜で覆う、あるいは、端面を含む光量調整膜を赤外カット膜で覆う構成にすることが好ましい。このようにすることで、上述の帯電防止機能あるいは光学特性の長期安定性を更に向上させることができる。 Further, it is preferable that the infrared cut film including the end face is covered with the light amount adjusting film, or the light amount adjusting film including the end face is covered with the infrared cut film. By doing so, the long-term stability of the above-mentioned antistatic function or optical characteristics can be further improved.
光量調整膜と赤外カット膜は形成方法によっては、応力方向が異なることがある。このため、光量調整膜と赤外カット膜とを透明基板の同一面に形成した場合、光量調整膜と赤外カット膜との界面における密着性が問題となることがある。このような場合は、光量調整膜と赤外カット膜との界面に密着層を設けると良い。密着層としては、光量調整膜と赤外カット膜との応力差を緩和する応力緩和層が最適で、連続的に応力が変化する層などが好適である。 The stress direction of the light amount adjusting film and the infrared cut film may differ depending on the forming method. Therefore, when the light amount adjusting film and the infrared cut film are formed on the same surface of the transparent substrate, the adhesion at the interface between the light amount adjusting film and the infrared cut film may become a problem. In such a case, it is preferable to provide an adhesion layer at the interface between the light amount adjusting film and the infrared cut film. As the adhesion layer, a stress relaxation layer that relaxes the stress difference between the light amount adjusting film and the infrared cut film is optimal, and a layer in which the stress changes continuously is preferable.
このような応力緩和層としては、例えば、酸化数が膜厚方向で連続的に変化する層や膜密度が連続的に変化する層が挙げられる。酸化数が膜厚方向で連続的に変化する層は、例えば、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得られる。また、膜密度が連続的に変化する層としては、例えば成膜時の蒸着チャンバー内圧力を連続的に変化させることで得られる。更に、応力緩和層は金属膜であってもよい。 Examples of such a stress relaxation layer include a layer in which the oxidation number continuously changes in the film thickness direction and a layer in which the film density continuously changes. The layer in which the oxidation number continuously changes in the film thickness direction can be obtained, for example, by forming a plurality of vapor-deposited materials at the same time and changing the mixing ratio thereof. Further, the layer whose film density changes continuously can be obtained, for example, by continuously changing the pressure in the vapor deposition chamber at the time of film formation. Further, the stress relaxation layer may be a metal film.
金属膜は金属結合からなる膜であり、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量調整膜と赤外カット膜との間に、金属膜を配置することで、光量調整膜と赤外カット膜の応力エネルギーが金属膜の変形に使用され、光量調整膜と赤外カット膜との界面での剥離を抑制できる。 The metal film is a film made of metal bonds, and has excellent ductility as compared with a film made of covalent bonds or ionic bonds, and can be deformed relatively freely. Therefore, by arranging a metal film between the light amount adjusting film and the infrared cut film having different stress directions, the stress energy of the light amount adjusting film and the infrared cut film is used for deformation of the metal film, and the light amount is adjusted. Peeling at the interface between the film and the infrared cut film can be suppressed.
更に、光量調整膜と赤外カット膜を透明基板の同一面にもうける場合、光量調整膜と赤外カット膜との間に干渉調整層を導入してもよい。干渉調整層は光量調整膜と赤外カット膜との干渉条件を調整するための層であり、光量調整膜と赤外カット膜を積層することで発生するリップルを調整する。 Further, when the light amount adjusting film and the infrared cut film are provided on the same surface of the transparent substrate, an interference adjusting layer may be introduced between the light amount adjusting film and the infrared cut film. The interference adjusting layer is a layer for adjusting the interference conditions between the light amount adjusting film and the infrared cut film, and adjusts the ripple generated by laminating the light amount adjusting film and the infrared cut film.
干渉調整膜は例えばTiO2などが好適に使用できるが、これ以外にも、MgF2、SiO2、SiO、Si3H4、Al2O3、MgO、LaTiO3、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5なども好適に使用でき、単層あるいは積層体とのいずれの構成としてもよい。 For example, TiO 2 can be preferably used as the interference adjusting film, but in addition to this, MgF 2 , SiO 2 , SiO, Si 3 H 4 , Al 2 O 3 , MgO, LaTIO 3 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and the like can also be preferably used, and may be configured as either a single layer or a laminated body.
赤外カット膜は、紫外線領域の透過をカットする機能を有していてもよい。紫外線カット機能は、カットする紫外線領域の波長をλとした時、それぞれの層の光学膜厚が略λ/4となるように、屈折率の異なる薄膜を積層することで得られる紫外線カット膜によってもたらされる。 The infrared cut film may have a function of cutting the transmission in the ultraviolet region. The ultraviolet cut function is provided by an ultraviolet cut film obtained by laminating thin films having different refractive indexes so that the optical film thickness of each layer is approximately λ / 4, when the wavelength of the ultraviolet region to be cut is λ. Brought to you.
紫外線カット膜は赤外カット膜と同様の材料を使用することができ、薄膜間の屈折率差が大きいほど積層数は少なくすることができる。例えば、SiO2層とTiO2層の組合せは実質的に屈折率差の最も大きい組み合わせとなり好適である。 As the ultraviolet cut film, the same material as the infrared cut film can be used, and the larger the difference in refractive index between the thin films, the smaller the number of layers. For example, the combination of the SiO 2 layer and the TiO 2 layer is suitable because it is a combination having substantially the largest difference in refractive index.
本実施例では光量調整膜の第1中間層と第2中間層に金属酸化物を用いたが、設計例2の様に単層の中間層を含んでいてもよいし、設計例3の様に第一中間層に金属酸化物、第2中間層に金属窒化物を用いてもよい。なお、光量調整膜は実施例1と同様、基板の面方向に対して段階的あるいは連続的に透過率が変化する領域を有していてもよい。 In this embodiment, metal oxides are used for the first intermediate layer and the second intermediate layer of the light amount adjusting film, but a single intermediate layer may be included as in Design Example 2, or as in Design Example 3. A metal oxide may be used for the first intermediate layer and a metal nitride may be used for the second intermediate layer. As in Example 1, the light amount adjusting film may have a region in which the transmittance changes stepwise or continuously with respect to the surface direction of the substrate.
図11にカメラなどの撮像光学系を示す。入射光はレンズ12、15〜17、絞り羽根13a、13bや光学フィルタ11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。
FIG. 11 shows an imaging optical system such as a camera. The incident light passes through the light
絞り羽根13a、13b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13a、13bの位置情報から最適な開口となるように絞り羽根13a、13bを駆動させる。
The position information of the
光学フィルタ11は、絞り羽根13a、13bが一定の開口以下となると光学フィルタ駆動部14によって光路に挿入され、絞り羽根13a、13bの開口が小さくなり過ぎることで発生するフレアなどの弊害を抑制する。
The
光学フィルタ11には、実施例1〜3で作製した光学フィルタが挿入され、撮影時の光量に応じて適宜光路に挿入される。
The optical filter produced in Examples 1 to 3 is inserted into the
ここで、実施例3の光学フィルタを用いる場合は、赤外半値波長を有する赤外カット膜と撮像素子との間に光量調整膜が存在するように配置されることが好ましい。このように配置することで、ゴーストの発生を抑制することができる。 Here, when the optical filter of Example 3 is used, it is preferable that the optical filter is arranged so that the light amount adjusting film exists between the infrared cut film having the infrared half-value wavelength and the image pickup device. By arranging in this way, the occurrence of ghost can be suppressed.
なお、ゴーストとは撮像光学系内における光の多重反射により発生し、光学フィルタに起因するゴースト強度を簡易的に求める式は、(光学フィルタの透過率)×(光学フィルタの反射率)×(撮像素子の感度)で表される。赤外カット膜の赤外半値波長近辺では透過率と反射率の赤外大きい領域であり、且つ、人の眼が認識できる限界領域の波長を含むため特にゴーストの影響が大きくなってしまう。 Note that ghosts are generated by multiple reflections of light in the imaging optical system, and the formula for simply obtaining the ghost intensity caused by the optical filter is (transmittance of optical filter) × (reflectance of optical filter) × ( It is represented by the sensitivity of the image pickup element). In the vicinity of the infrared half-value wavelength of the infrared cut film, the wavelength in the infrared large region of transmittance and reflectance is included, and the wavelength in the limit region that can be recognized by the human eye is included, so that the influence of ghost becomes particularly large.
赤外カット膜と撮像素子との間に光量調整膜を配置すると、赤外カット膜と透過した光が光量調整膜により減衰され、更に、撮像素子などに反射した光量調整膜へ再度入射してきた光が光量調整膜により減衰されたのち、赤外カット膜に到達するため、赤外カット膜に起因する反射を効率的に減衰することができるためである。 When a light amount adjusting film is arranged between the infrared cut film and the image pickup element, the light transmitted through the infrared cut film is attenuated by the light amount adjustment film, and further incident on the light amount adjustment film reflected by the image pickup element or the like. This is because the light reaches the infrared cut film after being attenuated by the light amount adjusting film, so that the reflection caused by the infrared cut film can be efficiently attenuated.
更には、透明基板に赤外吸収ガラスを使用し、赤外半値波長を有する赤外カット膜と撮像素子との間に赤外吸収ガラスを設けることが好ましい。赤外吸収ガラスは赤外カット膜の赤外半値波長領域に光吸収機能を有しており、赤外カット膜の半値波長近辺におけるゴーストの要因となる光を効果的に減衰することができる。 Further, it is preferable to use infrared absorbing glass for the transparent substrate and to provide infrared absorbing glass between the infrared cut film having an infrared half-value wavelength and the image sensor. The infrared absorbing glass has a light absorption function in the infrared half-value wavelength region of the infrared cut film, and can effectively attenuate light that causes ghosting in the vicinity of the half-value wavelength of the infrared cut film.
本発明に係る光学フィルタは透過率平坦性が良好であるため、被写体のカラーバランスを崩すことなく、撮像素子に到達する光量を適切に減衰することができる。 Since the optical filter according to the present invention has good transmittance flatness, the amount of light reaching the image sensor can be appropriately attenuated without disturbing the color balance of the subject.
1 透明基板
2 第1及び第2光吸収層
3 第1中間層
4 第2中間層
5 中間層
6 光学調整層
7 反射防止層
8、8a、8b 光量調整膜
9 反射防止膜
10、10a、10b 赤外カット膜
11 光学フィルタ
12、15〜17 レンズ
13a、13b 絞り羽根
14 光学フィルタ駆動部
18 撮像素子
19 光量制御部
20 光量調整装置
1
11
Claims (11)
前記基板の少なくとも一方面上に設けられる光学調整層と、を備え、
前記光学調整層は、光吸収特性を有する金属A、金属Aの酸化物AO及び金属Aの窒化物ANからなる群から選択される少なくとも1つの光吸収材料で形成された第1及び第2光吸収層と、前記金属Aと異なる金属元素であるAlの酸化物で形成された第1及び第2中間層とを有し、
前記光学調整層は、前記基板側から前記第1光吸収層、前記第1中間層、前記第2中間層及び前記第2光吸収層の順に各々の層の上に直接積層され、前記第2中間層の酸化数が前記第1中間層の酸化数よりも大きく、
前記第2中間層の厚みが、前記第1中間層の厚みよりも厚いことを特徴とする光学フィルタ。 A substrate with light transmission and
An optical adjustment layer provided on at least one surface of the substrate is provided.
The optical adjustment layer is formed of first and second light absorbing materials selected from the group consisting of metal A having light absorption characteristics, oxide AO of metal A, and nitride AN of metal A. has an absorbent layer, and first and second intermediate layer formed of an oxide of Al is different from the metal element and the metal a,
The optical adjustment layer, said from the substrate side first light-absorbing layer, the first intermediate layer is stacked directly on top of each layer in the order of the second intermediate layer and the second light-absorbing layer, the second the oxidation number of the intermediate layer is much larger than the oxidation number of the first intermediate layer,
An optical filter characterized in that the thickness of the second intermediate layer is thicker than the thickness of the first intermediate layer.
複数層で構成された前記光学調整層の間に、前記酸化物層が設けられることを特徴とする請求項6に記載の光学フィルタ。 A plurality of layers of the optical adjustment layer are provided on one surface of the substrate.
The optical filter according to claim 6, characterized in that between the optical adjustment layer formed of a plurality of layers, the oxide layer is Ru provided.
前記光学調整層は、前記下地層の上に積層されたことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光学フィルタ。 An underlayer formed of an oxide BO of a metal B, which is a metal element different from the metal A, is provided on one surface of the substrate.
The optical filter according to any one of claims 1 to 8 , wherein the optical adjustment layer is laminated on the base layer.
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