JP7701708B2 - ND filter and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ND(Neutral Density)フィルタ、及びNDフィルタの製造方法に関する。 The present invention relates to an ND (Neutral Density) filter and a method for manufacturing an ND filter.
可視域内で光の透過率の分布が平坦であるNDフィルタとして、特許第4623349号公報(特許文献1)に記載されたものが知られている。
このNDフィルタ(第1の実施の形態,[0015]以下,図1)は、ハードコート層付き基板の上に光学多層体を有している。光学多層体において、基板側から1,3層目がNb層とされ、2,4層目がSiO2層とされている。Nb層は、[0023]に記載される通り、DCスパッタリング法により形成される。
この第1の実施の形態に対し、ハードコート層に代えて密着層としてのSi層を配置した実施例1では([0048]以下,図6)、400nm(ナノメートル)以上700nm以下の波長域において、透過率分布が平坦であり、反射率が1.9%程度となっている。
As an ND filter having a flat distribution of light transmittance within the visible range, the one described in Japanese Patent No. 4623349 (Patent Document 1) is known.
This ND filter (first embodiment, [0015] below, FIG. 1) has an optical multilayer body on a substrate with a hard coat layer. In the optical multilayer body, the first and third layers from the substrate side are Nb layers, and the second and fourth layers are SiO2 layers . The Nb layer is formed by a DC sputtering method as described in [0023].
In contrast to the first embodiment, in Example 1 in which a Si layer was arranged as an adhesion layer instead of a hard coat layer (see [0048] below, FIG. 6), the transmittance distribution was flat and the reflectance was approximately 1.9% in the wavelength range of 400 nm (nanometers) or more and 700 nm or less.
又、同様なNDフィルタとして、特開2004-295015号公報(特許文献2)に記載されたものが知られている。
このNDフィルタ(実施の形態,図1(B))は、透明基板上に第一の光学フィルムを備えている。第一の光学フィルムにおいて、基板側から1,5層目がSiO2層とされ、3層目がAl2O3層とされ、2,4層目がTi+TiOx層とされている。この第一の光学フィルムの各層は、[0016]以下に記載される通り、真空蒸着により形成される。特にTi+TiOx層は、真空蒸着により、Tiに対する酸素の反応度合、即ちxの値に係る制御が比較的に容易である。これに対し、仮に第一の光学フィルムをスパッタリングにより形成することを考えたとしても、スパッタリングではTiに対する酸素の反応性が高いため、xの値の制御が困難である。よって、Ti+TiOx層を含む第一の光学フィルムの形成に、スパッタリングを用いることはできない。
又、[0015]において、このNDフィルタの光吸収膜の金属材料の変更例として、Tiに代えて、Cr,Nb,Ni,NiCr,NiFe及びこれらの混合物から選択された金属が挙げられている。しかし、変更例として、TiとNbとの混合物は、挙げられておらず、当該混合物の層の構成及び形成といった具体例は全く示されていない。
A similar ND filter is known, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-295015 (Patent Document 2).
This ND filter (embodiment, FIG. 1(B)) has a first optical film on a transparent substrate. In the first optical film, the first and fifth layers from the substrate side are SiO2 layers, the third layer is an Al2O3 layer, and the second and fourth layers are Ti+ TiOx layers. Each layer of this first optical film is formed by vacuum deposition as described below in [0016]. In particular, the Ti+ TiOx layer is relatively easy to control the reactivity of oxygen with Ti, that is, the value of x, by vacuum deposition. On the other hand, even if it is considered to form the first optical film by sputtering, it is difficult to control the value of x because the reactivity of oxygen with Ti is high in sputtering. Therefore, sputtering cannot be used to form the first optical film including the Ti+ TiOx layer.
Also, in [0015], as an example of a modification of the metal material of the light absorbing film of this ND filter, metals selected from Cr, Nb, Ni, NiCr, NiFe and mixtures thereof are given instead of Ti. However, a mixture of Ti and Nb is not given as an example of the modification, and no specific examples of the structure and formation of the layer of the mixture are given.
更に、同様なNDフィルタとして、特許第4981456号公報(特許文献3)に記載されたものが知られている。
このNDフィルタ(NbOxの実施例,[0045],図13)の膜は、全11層であり、基板側から数えて奇数層目がSiO2層とされ、偶数層目がNbOx層とされている。NbOx層は、上述のTiOxの場合と同様に、スパッタリングではなく、蒸着で形成される。このNDフィルタの400nm以上700nm以下の波長域での透過率は平坦であり、反射率分布は最大4~5%となっている。
Furthermore, a similar ND filter is known, as described in Japanese Patent No. 4981456 (Patent Document 3).
The film of this ND filter (Example of NbO x , [0045], FIG. 13) has a total of 11 layers, with the odd-numbered layers counting from the substrate side being SiO 2 layers, and the even-numbered layers being NbO x layers. The NbO x layers are formed by deposition, not sputtering, as in the case of TiO x described above. The transmittance of this ND filter in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is flat, and the reflectance distribution is a maximum of 4 to 5%.
上述の各NDフィルタでは、可視域の光に対する反射率に低減の余地があり、特に特許文献1に係る1.9%程度を下回る反射率の確保、即ちより優れた反射防止性能の確保が求められている。
又、上述の各NDフィルタにおいて、層の材質を維持したまま、現実的なコストの範囲内で、可視域の透過率分布の平坦性と反射率の低減とを両立することは、困難である。
In each of the above-mentioned ND filters, there is room for reducing the reflectance for light in the visible range, and there is a particular demand for ensuring a reflectance below the approximately 1.9% disclosed in
Furthermore, in each of the above-mentioned ND filters, it is difficult to achieve both a flat transmittance distribution in the visible range and a reduced reflectance while maintaining the layer materials and staying within a realistic cost range.
そこで、本発明の主な目的は、可視域等の特定波長域における透過率分布の平坦性と反射防止性能とがより高い水準で両立したNDフィルタ,NDフィルタの製造方法を提供することである。
又、本発明の他の主な目的は、製造コストの低いNDフィルタ,NDフィルタの製造方法を提供することである。
Therefore, a main object of the present invention is to provide an ND filter and a manufacturing method for an ND filter which achieves both a higher level of flatness of transmittance distribution in a specific wavelength range such as the visible range and anti-reflection performance.
Another main object of the present invention is to provide an ND filter and a method for manufacturing an ND filter which can be manufactured at low cost.
請求項1に記載の発明は、NDフィルタにおいて、基板と、前記基板の1以上の面である成膜面の側に配置される光学膜と、を備えており、前記光学膜は、TiとNbとの混合物から成る光吸収層を、3層含んでおり、各前記光吸収層の物理膜厚は、何れも3.2nm以上7.6nm以下であることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、NDフィルタにおいて、基板と、前記基板の1以上の面である成膜面の側に配置される光学膜と、を備えており、前記光学膜は、TiとNbとの混合物から成る光吸収層を、4層含んでおり、各前記光吸収層の物理膜厚は、何れも3.9nm以上39.5nm以下であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、上記発明において、前記光学膜は、誘電体から成る誘電体層を含んでいることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、上記発明において、前記光吸収層におけるTiとNbとの元素数比は、Ti:Nb=15:85~75:25の範囲内とされていることを特徴とするものである。
The invention described in
The invention described in
The invention described in
The invention described in
請求項5に記載の発明は、NDフィルタの製造方法において、基板を置いた成膜室内でTiとNbとを同時にスパッタすることで、TiとNbとの混合物から成る光吸収層を、前記基板に、3層、各物理膜厚が何れも3.2nm以上7.6nm以下である状態で形成することを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、NDフィルタの製造方法において、基板を置いた成膜室内でTiとNbとを同時にスパッタすることで、TiとNbとの混合物から成る光吸収層を、前記基板に、4層、各物理膜厚が何れも3.9nm以上39.5nm以下である状態で形成することを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、上記発明において、前記光吸収層におけるTiとNbとの元素数比が、Tiのターゲットにおける成膜室内での露出面の面積と、Nbのターゲットにおける成膜室内での露出面の面積との比率によって制御されることを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、上記発明において、TiのターゲットとNbのターゲットとが結合されたTi+Nb用ターゲットをターゲットとして、前記光吸収層が形成されることを特徴とするものである。
The invention described in claim 5 is a method for manufacturing an ND filter, characterized in that Ti and Nb are simultaneously sputtered in a film formation chamber in which a substrate is placed, thereby forming a light absorption layer made of a mixture of Ti and Nb on the substrate in three layers , each with a physical film thickness of 3.2 nm or more and 7.6 nm or less .
The invention described in claim 6 is a method for manufacturing an ND filter, characterized in that Ti and Nb are simultaneously sputtered in a film formation chamber in which a substrate is placed, thereby forming a light absorption layer made of a mixture of Ti and Nb on the substrate in four layers , each with a physical film thickness of 3.9 nm or more and 39.5 nm or less .
The invention described in claim 7 is characterized in that in the above invention, the elemental ratio of Ti and Nb in the light absorbing layer is controlled by a ratio between an area of an exposed surface of a Ti target in a film formation chamber and an area of an exposed surface of a Nb target in a film formation chamber.
The invention described in claim 8 is characterized in that, in the above invention, the light absorbing layer is formed using a Ti+Nb target in which a Ti target and a Nb target are combined.
本発明の主な効果は、可視域等の特定波長域における透過率分布の平坦性と反射防止性能とがより高い水準で両立したNDフィルタ,NDフィルタの製造方法が提供されることである。
又、本発明の他の主な効果は、製造コストの低いNDフィルタ,NDフィルタの製造方法が提供されることである。
The main effect of the present invention is to provide an ND filter and a manufacturing method for an ND filter that achieves both a higher level of flatness of transmittance distribution in a specific wavelength range such as the visible range and anti-reflection performance.
Another major effect of the present invention is to provide an ND filter and a method for manufacturing an ND filter that can be manufactured at low cost.
以下、本発明に係る実施の形態の例が、適宜図面を用いて説明される。
尚、本発明は、以下の例に限定されない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
However, the present invention is not limited to the following examples.
≪NDフィルタの構成等≫
本発明に係るNDフィルタは、特定波長域内の光に係る透過率の分布が平坦であるフィルタであり、当該光をほぼ均一に透過するものである。例えば、当該波長域内で透過率[%]の最大値と最小値の差が好ましくは15ポイント以内であり、より好ましくは10ポイント以内であり、更に好ましくは5ポイント以内である。
特定波長域として、例えば可視域あるいは可視域内の波長域が挙げられる。可視域あるいは可視域内の波長域は、例えば何れも400nm以上700nm以下であり、その下限は、380nm、390nm、410nmあるいは420nm等とされても良いし、その上限は、760nm、あるいは780nm、800nm等とされても良い。可視域と可視域内の波長域とが一致していなくても良い。
又、特定波長域は、可視域に代えて、あるいは可視域と共に、紫外域あるいは赤外域に属するものとされても良いし、これらの組合せに属するものとされても良い。
以下では、均一に透過する対象としての特定波長域が400nm以上700nm以下であるものとして説明がなされる。尚、この説明により、特定波長域が400nm以上700nm以下に限定されるものではない。
<ND filter configuration, etc.>
The ND filter according to the present invention is a filter in which the distribution of transmittance for light within a specific wavelength range is flat, and transmits the light almost uniformly. For example, the difference between the maximum and minimum values of the transmittance [%] within the wavelength range is preferably within 15 points, more preferably within 10 points, and even more preferably within 5 points.
The specific wavelength range may be, for example, the visible range or a wavelength range within the visible range. The visible range or the wavelength range within the visible range may be, for example, 400 nm or more and 700 nm or less, and the lower limit may be 380 nm, 390 nm, 410 nm, 420 nm, etc., and the upper limit may be 760 nm, 780 nm, 800 nm, etc. The visible range and the wavelength range within the visible range may not be the same.
Furthermore, the specific wavelength range may be, instead of or in addition to the visible range, an ultraviolet range or an infrared range, or a combination of these.
In the following description, the specific wavelength range to be uniformly transmitted is 400 nm to 700 nm inclusive. However, this description does not limit the specific wavelength range to 400 nm to 700 nm inclusive.
図1に例示されるように、本発明に係るNDフィルタ1は、基板2と、光学膜4とを有する。
光学膜4は、基板2の成膜面に対し形成される。成膜面は、基板2の片面である。尚、成膜面は、基板2の両面であっても良い。光学膜4が基板2の両面に形成される場合、各面の光学膜4の構成は、互いに同一でも異なっていても良いところ、好ましくは、当該構成は互いに同一とされる。又、一方の面に本発明に係る光学膜4が形成され、他方の面に本発明に属さない光学多層膜あるいは光学単層膜が形成されても良い。
As illustrated in FIG. 1, an
The
基板2は、透明(半透明を適宜含む)であれば、ポリカーボネイト等の樹脂、あるいはガラスを始めとしていかなる材質であっても良いところ、好ましくはアルカリ元素を含んだガラスであり、より好ましくは強化ガラスであり、例えば化学強化ガラスである。
強化ガラス製の基板2は、表面に圧縮応力層が形成されているので、表面にクラックが生じたとしても、圧縮応力によりクラックの成長が抑制され、通常の(強化処理されていない)ガラス製の基板2よりも衝撃に強い。
又、基板2は、好ましくは巻き取り不能であり、ロール化不能であるものが好ましい。塑性変形を生じない限り巻き取れない程度に柔軟でない基板であれば、光学膜4等がより一層安定して形成され、NDフィルタ1がより一層頑丈になる。
The
The reinforced
Moreover, it is preferable that the
光学膜4は、1あるいは複数の層を含む膜であり、特定波長域の光(特定光)を吸収する光吸収層10を1以上備えていて、特定光の均一な透過(ND)を実現する機能を具備する。
光学膜4は、複数の層を含む場合、光学多層膜となる。
尚、光学膜4より基板側及び空気側の少なくとも一方において、ハードコート膜、防汚膜、反射防止膜、及び導電膜の少なくとも何れか等といった他の1以上の膜が付与されても良い。又、これらハードコート膜、導電性膜等は、光学膜4に含まれるものとして扱われても良い。
The
When the
In addition, at least one other film such as a hard coat film, an antifouling film, an antireflection film, and a conductive film may be provided on at least one of the substrate side and the air side of the
光吸収層10は、それぞれ金属であるTi(チタン)とNb(ニオブ)との混合物製である。即ち、光学膜4は、TiとNbとの混合物(Ti+Nb)から成る層である光吸収層10を含んでいる。
光吸収層10におけるTiとNbとの比率は、どのようなものであっても良いところ、好ましくは元素数比でTi:Nb=15:85(Tiの元素数比率15%以上)から75:15(同75%以下)である。
光吸収層10は、蒸着あるいはスパッタリング等により形成され、好ましくはスパッタリングにより形成される。
尚、光学膜4において、Ti+Nb以外の光吸収層が1以上含まれていても良い。
The
The ratio of Ti and Nb in the
The
The
可視光の均一な透過のための吸収については、吸収[%]が簡易的に「100-(透過率[%]+反射率[%])」で表されることから、可視域における分光透過率分布及び分光反射率分布の少なくとも一方が平坦であることによって把握することができ、反射率が小さい場合には分光透過率分布が平坦であることによって把握することができる。吸収の平坦性については、吸収の最大値と最小値の差で評価され、分光透過率分布の平坦性については、透過率の最大値と最小値の差で評価され、いずれも差が小さいほど平坦性が高い。高い平坦性は、均一な減光をもたらすものとしてニーズが存在する。
又、例えばNDフィルタ1付きのカメラの撮像素子で利用する光は、NDフィルタ1の透過光であるところ、NDフィルタ1における反射光は、撮像素子及び光学系におけるノイズの原因となるから、NDフィルタ1の反射率をなるべく低減する要請がある。
尚、NDフィルタ1全体として所望の透過率を実現するため、光吸収層10による可視光の吸収は、光学膜4の他の層若しくは他の膜又は基板2における吸収、透過率、反射率の分布に応じた分布とされて良い。
Absorption for uniform transmission of visible light can be understood by the flatness of at least one of the spectral transmittance distribution and the spectral reflectance distribution in the visible range, since absorption [%] is simply expressed as "100 - (transmittance [%] + reflectance [%])", and when the reflectance is small, it can be understood by the flatness of the spectral transmittance distribution. The flatness of absorption is evaluated by the difference between the maximum and minimum absorption values, and the flatness of the spectral transmittance distribution is evaluated by the difference between the maximum and minimum transmittance values, and the smaller the difference in either case, the higher the flatness. There is a need for high flatness as it brings about uniform light reduction.
Furthermore, for example, the light used in an imaging element of a camera equipped with an
Furthermore, in order to achieve the desired transmittance for the
図2は、Ti単体から成る層であるTi層、及びNb単体から成る層であるNb層における、光学定数のうちの屈折率の分布(約300nm以上900nm以下の波長域内)がそれぞれ示されたグラフである。
図3は、Ti層及びNb層における、光学定数のうちの消衰係数の分布(同波長域内)がそれぞれ示されたグラフである。
Ti+Nbから成るTi+Nb層では、元素数比でTi:Nb=50:50の場合、屈折率の分布が、Ti層の分布とNb層の分布を平均化したものとなり、消衰係数の分布も同様になる。そして、元素数比でTiがNbに勝った分、屈折率及び消衰係数の各分布は、Ti:Nb=50:50の場合からTi層の分布に寄った分布となり、元素数比でTiがNbに劣った分、屈折率及び消衰係数の各分布は、Ti:Nb=50:50の場合からNb層の分布に寄った分布となる。
Ti層では、特定波長域における光学定数の傾向により、透過率が、特定波長域の短波長側で、長波長側より上昇する。
Nb層では、特定波長域における光学定数の傾向により、透過率が、特定波長域の短波長側で、長波長側より減少する。
Ti+Nb層では、Ti層、Nb層の透過率の増減傾向が、互いに反対の傾向を持つTi及びNbの混合により緩和され、透過率分布が平坦に近づくこととなる。本発明の光吸収層10は、かようなTi+Nbの性質を利用している。
FIG. 2 is a graph showing the distribution of refractive index (within a wavelength range of approximately 300 nm to 900 nm) among the optical constants of a Ti layer, which is a layer made of Ti alone, and an Nb layer, which is a layer made of Nb alone.
FIG. 3 is a graph showing the distribution of extinction coefficients (in the same wavelength range) among the optical constants of the Ti layer and the Nb layer.
In the Ti+Nb layer made of Ti+Nb, when the element ratio is Ti:Nb=50:50, the refractive index distribution is the average of the distribution of the Ti layer and the distribution of the Nb layer, and the same is true for the distribution of the extinction coefficient. Since Ti is superior to Nb in the element ratio, the distributions of the refractive index and the extinction coefficient are closer to the distribution of the Ti layer than in the case of Ti:Nb=50:50, and since Ti is inferior to Nb in the element ratio, the distributions of the refractive index and the extinction coefficient are closer to the distribution of the Nb layer than in the case of Ti:Nb=50:50.
In the Ti layer, due to the tendency of the optical constants in the specific wavelength range, the transmittance is higher on the short wavelength side of the specific wavelength range than on the long wavelength side.
In the Nb layer, due to the tendency of the optical constants in the specific wavelength range, the transmittance is lower on the short wavelength side of the specific wavelength range than on the long wavelength side.
In the Ti+Nb layer, the tendency of the transmittance of the Ti layer and the Nb layer to increase or decrease is alleviated by the mixture of Ti and Nb, which have opposite tendencies, and the transmittance distribution approaches a flatter value. The
更に、光学膜4は、低屈折率材料製の低屈折率層12を1以上有していても良い。かような低屈折率材料としては、酸化シリコン(特にSiO2)が例示される。又、低屈折率材料として、他の誘電体材料、あるいは金属材料若しくは金属酸化物材料が用いられても良い。好ましくは、低屈折率層12は、誘電体製の誘電体層である。
光学膜4(光学多層膜)における低屈折率層12及び光吸収層10は、好ましくは交互に配置される。かような光学膜4における層の数は、特に限定されない。光吸収層10は、殆どの誘電体材料より屈折率が高いことから、主に高屈折率層として取り扱える。光学膜4における最も基板側の層(基板に最も近い層)を1層目とした場合、1層目が低屈折率層12とされても良いし光吸収層10とされても良いところ、好ましくは奇数層目が低屈折率層12であり、偶数層目が光吸収層10である。1層目が低屈折率層12であれば、2層目の光吸収層10が基板2側の面に直接成膜されず、基板2側の面は低屈折率層12と接触することとなり、光学膜4の密着性がより良好になる。
Furthermore, the
The low
又、光学膜4は、光吸収層10以外の高屈折率層を1以上有していても良い。高屈折率層は、高屈折率材料から形成されている。かような高屈折率材料としては、例えば誘電体材料、あるいは金属材料若しくは金属酸化物材料が挙げられ、より具体的な例として、酸化ジルコニウム(特にZrO2)、酸化チタン(特にTiO2)、酸化タンタル(特にTa2O5)、酸化ニオブ(特にNb2O5)、窒化ケイ素(特にSiNx,Si3N4)、酸化ハフニウム(特にHfO2)の少なくとも何れかが挙げられる。光学膜4の作製の容易性(製造装置の簡略化)の観点から、高屈折率材料と光吸収層10の材料とに共通する部分が存在すること(例えばNb2O5とNb)は、好ましい。同様に、低屈折率材料と高屈折材料とに共通する部分が存在すること(例えばSiO2とSiNx)は、好ましい。
尚、光学膜4において、複数種類の高屈折率層が含まれていても良く、低屈折率層においても同様である。
The
Incidentally, the
かような光学膜4が配置された基板2を含むNDフィルタ1は、好適にはカメラ用とされる。
カメラ用NDフィルタは、カメラのレンズの前等に後付けされるものであっても良いし、カメラの光学系に組み込まれた(カメラに内蔵された)ものであっても良い。
又、カメラ用NDフィルタは、車載カメラ用であっても良いし、警備カメラ用であっても良いし、医療機器付属のカメラ用であっても良い。
The
The ND filter for a camera may be one that is attached later, such as in front of the lens of the camera, or may be one that is incorporated into the optical system of the camera (built into the camera).
Moreover, the ND filter for a camera may be for a vehicle-mounted camera, a security camera, or a camera attached to a medical device.
このように、本発明のNDフィルタ1は、基板2と、基板2の1以上の面である成膜面の側に配置される(基板2の成膜面に対し直接配置されても良いし中間膜を介して間接的に配置されても良い)光学膜4と、を備えており、光学膜4は、TiとNbとの混合物(Ti+Nb)から成る光吸収層10を含んでいる。よって、Ti及びNbの各光学特性が平均化されたTi+Nbにより光吸収層10が形成され、透過率分布の平坦性と反射防止性能とが高い水準で両立したNDフィルタ1が提供される。
又、光学膜4は、誘電体から成る誘電体層としての低屈折率層12を含んでいる。よって、NDフィルタ1は、光吸収層10と低屈折率層12との交互膜となり、透過率分布の平坦性と反射防止性能とが更に高い水準で両立したものとなる。
In this way, the
The
≪NDフィルタの製造装置等≫
次いで、上述のNDフィルタ1を製造する装置の実施形態が、説明される。
尚、本発明に係るNDフィルタ1の製造装置は、以下の形態に限定されない。
<ND filter manufacturing equipment, etc.>
Next, an embodiment of an apparatus for manufacturing the above-mentioned
The manufacturing apparatus for the
図4は、当該形態に係る製造装置101の模式的な上面図である。
製造装置101は、ドラム型スパッタ成膜装置(カルーセル型スパッタリング装置)であり、1以上の基板2の片面に光学膜4を成膜するものである。
製造装置101は、成膜室としての真空室102と、その中央部において自身の軸周りで回転可能に配置された円筒状のドラム104と、を備えている。ドラム104の外周円筒面には、成膜対象としての基板2が、成膜面を外側に向けた状態で保持されている。
FIG. 4 is a schematic top view of the
The
The
真空室102の一面には、第1スパッタ源110が配置されている。
第1スパッタ源110は、第1ターゲットT1をセットするスパッタカソード112と、一対の防着板114と、スパッタガスが適宜流量調整のうえで導入されるスパッタガス導入口116と、を備えている。
スパッタカソード112は、外部直流電源(図示略)と接続されている。
防着板114は、第1ターゲットT1とこれに対向するドラム104の部分との間を、他の真空室102の内部部分から区切るように配置されている。
スパッタガス導入口116は、防着板114によって区切られた空間へ向けてスパッタガスを流す。
A
The
The sputtering
The
The sputtering
真空室102の別の一面には、第2スパッタ源120が配置されている。
第2スパッタ源120は、第1スパッタ源110と同様に、第2ターゲットT2をセットするスパッタカソード122と、一対の防着板124と、スパッタガス導入口126と、を備えている。
A
Similar to the
更に、真空室102の他の一面には、ラジカル源130が配置されている。
ラジカル源130は、ガスをバルブ132により流量調整のうえで導入可能なラジカルガス導入口134と、加速電圧用電源(図示略)により電圧が印加されることでプラズマを発生可能なガン136と、を有する。
ラジカルガス導入口134から真空室102の内部に導入されたガスは、ガン136が発生したプラズマによりラジカル化し、基板2に向かってビーム状に照射される。
Furthermore, a
The
The gas introduced into the
加えて、ラジカル源130の両脇には、排気部140が設けられている。各排気部140では、真空室102内の排気が行われる。
尚、第1スパッタ源110、第2スパッタ源120、ラジカル源130及び各排気部140の少なくとも何れかの配置、及び設置数は、上述のものに限定されない。
In addition,
The arrangement and number of at least one of the
製造装置101の動作例(NDフィルタ1の製造方法の例)について、光吸収層10がTi+Nb層であり、更にSiO2層の低屈折率層12が基板2から数えて奇数層目に設けられる場合が、主に図5に基づいて説明される。
まず、基板2がドラム104にセットされると共に、第1ターゲットT1としてTi+Nb用ターゲットTTa又はTi+Nb用ターゲットTTb等がセットされ、第2ターゲットT2としてSiがセットされる(ステップS1)。
図6(A)は、Ti+Nb用ターゲットTTaに係るドラム104に対向する面の模式図である。Ti+Nb用ターゲットTTaは、Tiから成るTiのターゲットとしてのTi部150aと、Nbから成るNbのターゲットとしてのNb部152aと、を有する。Ti部150a及びNb部152aは、何れもブロック状であり、ドラム104の円筒面に対する仮想的な接線の方向(接線方向)に並んだ状態で結合されている。Ti部150a及びNb部152aの上下方向の大きさ(高さ)は、同じである。そして、Ti+Nb用ターゲットTTaでは、Ti部150aの接線方向の大きさ(幅)は、Nb部152aの幅と同じとされており、Ti部150aの幅:Nb部152aの幅=50:50となっている。これに、Ti部150aの高さ及びNb部152aの高さが等しいことを加味すると、Ti部150aのドラム104対向面の面積:Nb部152aのドラム104対向面の面積=50:50となる。Ti部150aのドラム104対向面(ドラム104側の面)は、Tiのターゲットにおける真空室102での露出面であり、Nb部152aのドラム104対向面(ドラム104側の面)は、Nbのターゲットにおける真空室102での露出面である。
図6(B)は、Ti+Nb用ターゲットTTbに係るドラム104に対向する面の模式図である。Ti+Nb用ターゲットTTbは、Tiから成るTi部150bと、Nbから成るNb部152bと、を有する。Ti部150bは、幅を除き、Ti部150aと同様に成り、Nb部152bは、幅を除き、Nb部152aと同様に成る。Ti+Nb用ターゲットTTbでは、Ti部150bの幅:Nb部152bの幅=70:30となっており、Ti部150bのドラム104対向面の面積:Nb部152bのドラム104対向面の面積=70:30となる。Ti部150bのドラム104対向面(ドラム104側の面)は、Tiのターゲットにおける真空室102での露出面であり、Nb部152bのドラム104対向面(ドラム104側の面)は、Nbのターゲットにおける真空室102での露出面である。
尚、Ti+Nb用ターゲットTTa,TTbにおける各形状及び各高さの少なくとも一方が、互いに異なっていても良い。Ti+Nb用ターゲットTTa,TTb(50:50,70:30)以外の面積比に係るものが用いられても良い。
An operation example of the manufacturing apparatus 101 (an example of a manufacturing method of the ND filter 1) in which the
First, the
6A is a schematic diagram of the surface of the Ti+Nb target TTa facing the
6B is a schematic diagram of the surface of the Ti+Nb target TTb facing the
At least one of the shapes and heights of the Ti+Nb targets TTa and TTb may be different from each other. The Ti+Nb targets TTa and TTb may have an area ratio other than that of (50:50, 70:30).
次に、真空室102の内部が排気される(ステップS2)。
続いて、ドラム104が回転され、ドラム104に保持された基板2が、第1スパッタ源110,第2スパッタ源120,ラジカル源130の各内側を順次繰り返し高速で通過するようにされる(ステップS3)。
次いで、基板2のクリーニングが行われる(ステップS4)。即ち、ラジカル源130のラジカルガス導入口34から酸素(O2)ガスが導入された状態で、ガン136に高周波電圧が印加されて、ラジカル酸素が生成され、移動している基板2に対して所定時間照射される。かようなラジカル酸素の照射により、基板2表面に有機物等が付着していたとしても、有機物等はラジカル酸素及びプラズマで発生する紫外線によって分解剥離され、基板2の表面がクリーニングされる。かようなクリーニングにより、後に形成する膜の密着性が向上する。
Next, the inside of the
Next, the
Next, the
続いて、光学膜4が形成される(ステップS5)。動作例の光学膜4において、基板2に接する1層目はSiO2層であるため、まずSiO2層が、主に第2スパッタ源120及びラジカル源130によるSiの堆積と酸化との繰り返しによって形成される。
即ち、ドラム104の回転が維持された状態で、第2スパッタ源120のスパッタガス導入口116から希ガス(ここではArガス)が導入され、スパッタカソード112に直流電圧が印加されることで、第2ターゲットT2表面のSiが、Arによるスパッタにより、基板2の表面上に堆積する。
同時に、ラジカル源130のラジカルガス導入口134からO2ガスが導入された状態で、ガン136に高周波電圧が印加されて、ラジカル酸素が生成され、Siの堆積した移動中の基板2に対して照射されて、Siの酸化がなされる。
SiO2層の膜厚は、スパッタカソード112への投入電力が一定であり、単位時間当たりの成膜される物理膜厚である成膜レートが一定である場合には、スパッタリングの時間の長短により制御される。よって、所望の膜厚に相当する時間が経過した時点で、スパッタカソード112への電圧印加が停止されて、1層目のSiO2層の成膜が完了する。
Next, the
That is, while the rotation of the
At the same time, with O2 gas being introduced from the
The thickness of the SiO2 layer is controlled by the length of the sputtering time when the power input to the sputtering
次いで、光吸収層10であるTi+Nb層が、主に第1スパッタ源110によるTi及びNbの堆積によって形成される(光吸収層形成ステップ,スパッタリングによるTi+Nb層の形成)。
即ち、ドラム104の回転が維持された状態で、第1スパッタ源110のスパッタガス導入口126から希ガス(ここではArガス)が導入され、スパッタカソード122に直流電圧が印加されることで、第1ターゲットT1表面のTi及びNbが、Arによるスパッタにより、基板2の表面上に堆積する。ここでは、ラジカル源130は、不動作とされる。尚、ドラム104の回転は、1層目の形成後であって2層目の形成前等において、一時的に変速されたり一旦停止されたりしても良い。
Arによるスパッタは、第1ターゲットT1のドラム104対向面に、微小でない時間では均等に作用する。よって、第1ターゲットT1としてTi+Nb用ターゲットTTaが用いられた場合、Ti部150a及びNb部152aの各ドラム104対向面の面積比に応じてTi及びNbが出て基板2の成膜面に堆積し、即ち光吸収層10として元素数比でTi:Nb=50:50となるTi+Nb層が形成される。又、第1ターゲットT1としてTi+Nb用ターゲットTTbが用いられた場合、同様に光吸収層10として元素数比でTi:Nb=70:30となるTi+Nb層が形成される。
Ti+Nb層の膜厚は、SiO2層と同様に時間により制御可能であり、所望の膜厚に相当する時間が経過した時点でスパッタカソード112への電圧印加が停止されて、2層目のTi+Nb層の成膜が完了する。
Next, the Ti+Nb layer which is the light absorbing
That is, while the rotation of the
The sputtering by Ar acts uniformly on the surface of the first target T1 facing the
The thickness of the Ti+Nb layer can be controlled by time, similar to the SiO2 layer, and when the time corresponding to the desired thickness has elapsed, the voltage application to the sputtering
そして、同様にSiO2層の成膜とTi+Nb層の成膜が適宜繰り返されることにより、光学膜4の形成がなされる。SiO2層及びTi+Nb層は、基板2の成膜面の全体に行き渡る。
光学膜4の形成が完了すれば、ドラム104が止められ、適宜冷却が行われた後、光学膜4付き基板2、即ちNDフィルタ1が取り出される(ステップS6)。
尚、光学膜4の上(外側)に、製造装置101あるいは別の装置によって更に防汚膜等が付与されても良い。
Then, the deposition of the SiO 2 layer and the Ti+Nb layer are similarly repeated as appropriate to form the
When the formation of the
An antifouling film or the like may be further provided on the optical film 4 (outside) by the
このように、本発明のNDフィルタ1の製造方法は、基板2を置いた真空室102内でTiとNbとを同時にスパッタすることで、TiとNbとの混合物(Ti+Nb)から成る光吸収層10を基板2に形成するものである。よって、蒸着が困難であるTi+Nbが容易に安定して製造され、特定波長域における透過率分布の平坦性と反射防止性能とがより高い水準で両立したNDフィルタが、製造コストの低い状態で製造される。
又、本発明のNDフィルタ1の製造方法において、光吸収層10におけるTiとNbとの元素数比が、Ti部150a,150b等における真空室102内での露出面の面積と、Nb部152a,152b等における真空室102内での露出面の面積との比率によって制御される。よって、面積比の調整により、容易に所望の元素比率に係るTi+Nbが得られ、容易にNDフィルタ1の光学特性の微調整が行える。
更に、本発明のNDフィルタ1の製造方法において、Ti部150a,150b等とNb部152a,152b等とが結合されたTi+Nb用ターゲットTTa,TTb等をターゲットとして、光吸収層10が形成される。よって、通常のスパッタリング装置にTi+Nb用ターゲットTTa,TTb等をセットするだけでTi+Nb層が形成されることとなり、特定波長域における透過率分布の平坦性と反射防止性能とがより高い水準で両立したNDフィルタが、より一層製造コストの低い状態で製造される。
In this way, the manufacturing method of the
In addition, in the manufacturing method of the
Furthermore, in the manufacturing method of the
次いで、本発明の好適な実施例、及び本発明に属さない比較例が、前段(実施例1~4,比較例1~2)及び後段(実施例5~8,比較例3~4)に分けて説明される。
尚、本発明は、以下の実施例に限定されない。又、本発明の捉え方により、下記の実施例が実質的には比較例となったり、下記の比較例が実質的には実施例となったりすることがある。
Next, preferred examples of the present invention and comparative examples not belonging to the present invention will be explained in a first section (Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and 2) and a second section (Examples 5 to 8, Comparative Examples 3 and 4).
The present invention is not limited to the following examples. Depending on how the present invention is understood, the following examples may essentially be comparative examples, and vice versa.
[実施例1~4及び比較例1~2]
≪実施例1~4の構成等≫
実施例1のNDフィルタ1は、上述の製造装置101により、フラットで透明な白板ガラス製の基板2(コーニング社製B270)の片面に、光学膜4のみが成膜されることで形成された。この基板2の光学定数(屈折率及び消衰係数)が、図7に示される。又、光学膜4は、次の[表1]に示されるように、基板2に最も近い1層目がSiO2層(低屈折率層12)とされた状態で、SiO2層がTi+Nb層(光吸収層10)と交互に積層された全7層の構成を有する。
実施例1の光学膜4における各層の膜厚は、特定波長域(400nm以上700nm以下)において透過率が25%前後となり、且つ特定波長域において表面反射率の最大値が1%以下となり、且つ特定波長域において界面反射率の最大値が1%以下となるように設計された。ここで、表面反射率は、光学膜4の空気接触面(最外層の外面)に対し、空気側(外側)から垂直入射(入射角0°)する光の反射率であり、界面反射率は、基板2と光学膜4(の1層目)との界面に対し、基板2側から垂直入射する光の反射率である。これらの設計要素における優先度は、最大表面反射率1%以下及び最大界面反射率1%以下の要素を優位とし、透過率25%における平坦性の確保を、当該要素より劣後するようにした。
[Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2]
Configurations of Examples 1 to 4
The
The thickness of each layer in the
より詳しくは、実施例1における光学膜4の成膜において、真空室102の内部は、成膜開始時点で2×10-4Pa(パスカル)とされた。
又、ドラム104の回転数は、100rpm(回毎分)とされた。
更に、基板2のクリーニングでは、ラジカル源130のラジカルガス導入口134から酸素(O2)ガスが500sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute;毎分500ミリリットル)の流量で導入された状態で、ガン136に高周波電圧が投入電力3kW(キロワット)で印加されて、ラジカル酸素が生成され、移動している基板2に対して30秒間照射された。
製造装置101は、室温環境下に置かれ、真空室102、ドラム104及び基板2に対する加熱はなされず、ラジカル源130等の動作による発熱を加味しても、全工程中における基板2の最大温度は150℃であった。
SiO2層の形成時、第2スパッタ源120のスパッタガス導入口126からArガスが300sccmで導入され、スパッタカソード122に8kWの投入電力による直流電圧が印加されることで、第2ターゲットT2(純度99.9%以上)の表面のSiが、Arによるスパッタにより、基板2の表面上に堆積した。同時に、ラジカル源130のラジカルガス導入口134からO2ガスが150sccm導入された状態で、ガン136に高周波電圧が投入電力3kWで印加されて、ラジカル酸素が生成され、Siの堆積した移動中の基板2に対して照射されて、Siの酸化がなされた。
そして、Ti+Nb層の形成時、第1スパッタ源110のスパッタガス導入口116からArガスが300ccmで導入され、スパッタカソード112に6kWの投入電力による直流電圧が印加されることで、第1ターゲットT1(Ti及びNbの各純度99.9%以上)の表面のTi及びNbが、Arによるスパッタにより、基板2の表面上に混合状態で堆積した。ここでは、ラジカル源130は、不動作とした。実施例1では、第1ターゲットT1として、上述のTi+Nb用ターゲットTTaが用いられ、各Ti+Nb層において、Ti及びNbが、元素数比(以下同様)でTi:Nb=50:50となるようにされた。
尚、ドラム104の回転は、一時的に変速されたり一旦停止されたりしても良い。
More specifically, in forming the
The rotation speed of the
Furthermore, in cleaning the
The
During the formation of the SiO2 layer, Ar gas was introduced from the sputtering
Then, when forming the Ti+Nb layer, Ar gas was introduced at 300 ccm from the sputtering
The rotation of the
実施例2のNDフィルタ1は、次の[表2]に示されるように、第1ターゲットT1におけるTi部及びNb部の面積比、及びTi+Nb層の元素数比を除き、実施例1と同様に形成された。実施例2のTi+Nb層は、Ti:Nb=80:20である。
実施例3のNDフィルタ1は、次の[表3]に示されるように、第1ターゲットT1におけるTi部及びNb部の面積比、及びTi+Nb層の元素数比を除き、実施例1と同様に形成された。実施例3のTi+Nb層は、Ti:Nb=20:80である。
実施例4のNDフィルタ1は、次の[表4]に示されるように、第1ターゲットT1におけるTi部及びNb部の面積比、及びTi+Nb層の元素数比を除き、実施例1と同様に形成された。実施例4のTi+Nb層は、Ti:Nb=70:30である。
The
The
The
≪比較例1~2の構成等≫
比較例1のNDフィルタは、各光吸収層がTi層とされたことを除き、実施例1と同様に形成された。比較例1の光学膜の構成は、次の[表5]に示される。
比較例2のNDフィルタは、各光吸収層がNb層とされたことを除き、実施例1と同様に形成された。比較例2の光学膜の構成は、次の[表6]に示される。
<Configurations of Comparative Examples 1 and 2>
The ND filter of Comparative Example 1 was formed in the same manner as in Example 1, except that each light absorbing layer was a Ti layer. The configuration of the optical film of Comparative Example 1 is shown in the following [Table 5].
The ND filter of Comparative Example 2 was formed in the same manner as in Example 1, except that each light absorbing layer was an Nb layer. The configuration of the optical film of Comparative Example 2 is shown in the following [Table 6].
≪透過率及び反射率等≫
図8~図13は、順に、実施例1~4,比較例1~2における、特定波長域及びその隣接域(380nm以上750nm以下)での透過率並びに表面反射率及び界面反射率が示されるグラフである。
これらの図によれば、実施例1~4,比較例1~2では、何れも、反射率の低減を優先した結果、表面反射率及び界面反射率が特定波長域全域において1%以下となっている。
<Transmittance and reflectance, etc.>
8 to 13 are graphs showing the transmittance, surface reflectance, and interface reflectance in a specific wavelength range and its adjacent range (380 nm or more and 750 nm or less) in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
According to these figures, in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the reduction of reflectance is prioritized, and as a result, the surface reflectance and interface reflectance are 1% or less over the entire specific wavelength range.
更に、比較例1(Ti:Nb=100:0)では、特定波長域(400nm以上700nm以下)において、透過率の平坦性が比較的に劣る。比較例1における、透過率の平坦性に関係する、特定波長域での透過率の最大値は27.082%であり、最小値は24.040%であり、当該最大値と最小値との差(透過率の幅ΔT)は3.042となっている。ΔTが小さい程、特定波長域での透過率分布の平坦性が強く(良好に)なる。
又、比較例2(Ti:Nb=0:100)では、特定波長域での透過率の最大値は26.171%であり、最小値は24.137%であり、ΔT=2.035であって、比較例1と同様に、透過率の平坦性が比較的に劣る。
Furthermore, in Comparative Example 1 (Ti:Nb=100:0), the flatness of the transmittance is relatively poor in the specific wavelength range (400 nm or more and 700 nm or less). In Comparative Example 1, the maximum value of the transmittance in the specific wavelength range, which is related to the flatness of the transmittance, is 27.082%, the minimum value is 24.040%, and the difference between the maximum value and the minimum value (transmittance width ΔT) is 3.042. The smaller ΔT is, the stronger (better) the flatness of the transmittance distribution in the specific wavelength range is.
In addition, in Comparative Example 2 (Ti:Nb = 0:100), the maximum transmittance in a specific wavelength range was 26.171%, the minimum was 24.137%, and ΔT was 2.035, and similar to Comparative Example 1, the flatness of the transmittance was relatively poor.
これらに対し、実施例1(Ti:Nb=50:50)では、特定波長域での透過率の最大値は25.395%であり、最小値は24.830%であり、ΔT=0.564であって、特定波長域における透過率の平坦性に優れている。
又、実施例2(Ti:Nb=80:20)では、特定波長域での透過率の最大値は26.159%であり、最小値は24.410%であり、ΔT=1.749であって、特定波長域における透過率の平坦性に優れている。
更に、実施例3(Ti:Nb=20:80)では、特定波長域での透過率の最大値は25.677%であり、最小値は24.669%であり、ΔT=0.992であって、特定波長域における透過率の平坦性に優れている。
又更に、実施例4(Ti:Nb=70:30)では、特定波長域での透過率の最大値は25.488%であり、最小値は24.834%であり、ΔT=0.654であって、特定波長域における透過率の平坦性に優れている。
In contrast, in Example 1 (Ti:Nb = 50:50), the maximum transmittance in the specific wavelength range was 25.395%, the minimum was 24.830%, and ΔT was 0.564, indicating excellent flatness of the transmittance in the specific wavelength range.
In addition, in Example 2 (Ti:Nb = 80:20), the maximum transmittance in the specific wavelength range was 26.159%, the minimum transmittance was 24.410%, and ΔT was 1.749, which means that the flatness of the transmittance in the specific wavelength range is excellent.
Furthermore, in Example 3 (Ti:Nb = 20:80), the maximum transmittance in the specific wavelength range is 25.677%, the minimum value is 24.669%, and ΔT = 0.992, indicating excellent flatness of the transmittance in the specific wavelength range.
Furthermore, in Example 4 (Ti:Nb = 70:30), the maximum transmittance in the specific wavelength range was 25.488%, the minimum transmittance was 24.834%, and ΔT was 0.654, which means that the flatness of the transmittance in the specific wavelength range was excellent.
図14は、Ti+Nb層におけるTiの元素比率(Ti比率,%)を横軸とし、ΔTを縦軸とした平面に、実施例1~4及び比較例1~2についてプロットしたグラフである。図14では、各プロットをつなぐ曲線、即ち各プロットから得られるTi比率を独立変数とする関数ΔTも示されている。
特定波長域の光が25%の透過率を基準として透過される(ND4)実施例1~4及び比較例1~2に係る図14において、次に述べる理由から、Ti比率は15%以上75%以下であり、換言すれば、Ti+Nb層において、Ti:Nb=15:85~75:25であることが好ましい。即ち、ND4では、透過率25%、即ち光学濃度OD≒0.602が基準とされているところ、透過率の幅ΔTがODにおいて基準の±1.8%以内に収まって十分な平坦性が得られるTi比率の範囲は、概ね15%以上75%以下である。この点更に詳述すると、基準のODに対して1.8%下回るODは、0.602×(1-0.018)=0.5912であり、透過率に換算すると25.633%である。他方、基準のODに対して1.8%上回るODは、0.602×(1+0.018)=0.6128であり、透過率に換算すると24.389%である。よって、ODが基準の±1.8%以内に収まる場合の透過率の幅ΔTは、25.633-24.389=1.244である。図14において、ΔT=1.244となる部分に、水平な両矢印が記載されている。そして、図14において、その両矢印で示されるTi比率の範囲でΔTが1.244以下となり、その範囲の最小値はおよそ15%であり(左側の点線の矢印)、その範囲の最大値はおよそ75%である(右側の点線の矢印)。
従って、実施例1~4等のNDフィルタ1において、光吸収層10におけるTiとNbとの元素数比が、Ti:Nb=15:85~75:25の範囲内とされると、特定波長域での反射率が1%以下といった高い水準とされながら、ΔTが基準の光学濃度OD(約0.6)に照らし十分に小さくされて、特定波長域での透過率の優れた平坦性が確保される。
14 is a graph plotting the Ti element ratio (Ti ratio, %) in the Ti+Nb layer on a plane with the horizontal axis being the Ti element ratio in the Ti+Nb layer and the vertical axis being ΔT for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. In FIG. 14, a curve connecting each plot, that is, a function ΔT with the Ti ratio obtained from each plot as an independent variable, is also shown.
In Fig. 14 relating to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 in which light in a specific wavelength range is transmitted based on a transmittance of 25% (ND4), the Ti ratio is 15% or more and 75% or less, in other words, in the Ti+Nb layer, it is preferable that Ti:Nb = 15:85 to 75:25. That is, in ND4, a transmittance of 25%, that is, an optical density OD ≒ 0.602, is used as the standard, and the range of the Ti ratio in which the transmittance width ΔT falls within ±1.8% of the standard at OD and sufficient flatness is obtained is approximately 15% or more and 75% or less. To elaborate on this point, an OD that is 1.8% lower than the standard OD is 0.602 x (1 - 0.018) = 0.5912, which is converted to a transmittance of 25.633%. On the other hand, an OD that is 1.8% higher than the reference OD is 0.602 x (1 + 0.018) = 0.6128, which is converted to a transmittance of 24.389%. Therefore, the transmittance range ΔT when the OD is within ±1.8% of the reference is 25.633 - 24.389 = 1.244. In FIG. 14, a horizontal double-headed arrow is drawn at the portion where ΔT = 1.244. In FIG. 14, ΔT is 1.244 or less in the range of Ti ratios indicated by the double-headed arrows, with the minimum value of the range being approximately 15% (dotted arrow on the left) and the maximum value of the range being approximately 75% (dotted arrow on the right).
Therefore, in the ND filters 1 of Examples 1 to 4, etc., when the element ratio of Ti and Nb in the
[実施例5~8及び比較例3~4]
≪実施例5~8の構成等≫
実施例5~8は、光学膜4が全9層とされ、特定波長域での透過率が1%前後とされたことを除き、順に実施例1~4と同様に形成された。但し、実施例5~8における光吸収層10のTi比率は、順に80%,40%,20%,70%とされている。
実施例5~8の構成は、順に次の[表7]~[表10]に示される。
[Examples 5 to 8 and Comparative Examples 3 to 4]
Configurations of Examples 5 to 8
Examples 5 to 8 were formed in the same manner as Examples 1 to 4, except that the
The configurations of Examples 5 to 8 are shown in the following Tables 7 to 10, respectively.
≪比較例3~4の構成等≫
比較例3~4は、光学膜が全9層とされ、特定波長域での透過率が1%前後とされたことを除き、順に比較例1~2と同様に形成された。
比較例3~4の構成は、順に次の[表11]~[表12]に示される。
<Configurations of Comparative Examples 3 to 4>
Comparative Examples 3 and 4 were formed in the same manner as Comparative Examples 1 and 2, respectively, except that the optical film had a total of nine layers and the transmittance in the specific wavelength range was about 1%.
The configurations of Comparative Examples 3 and 4 are shown in the following Tables 11 and 12, respectively.
≪透過率及び反射率等≫
図15~図20は、順に、実施例5~8,比較例3~4における、特定波長域及びその隣接域(380nm以上750nm以下)での透過率並びに表面反射率及び界面反射率が示されるグラフである。
これらの図によれば、実施例5~8,比較例3~4では、何れも、反射率の低減を優先した結果、表面反射率及び界面反射率が特定波長域全域において1%以下となっている。
<Transmittance and reflectance, etc.>
15 to 20 are graphs showing the transmittance, surface reflectance, and interface reflectance in a specific wavelength range and its adjacent range (380 nm or more and 750 nm or less) in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 3 and 4, respectively.
According to these figures, in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 3 and 4, the reduction of reflectance was prioritized, and as a result, the surface reflectance and interface reflectance were 1% or less over the entire specific wavelength range.
更に、比較例3(Ti:Nb=100:0)では、特定波長域での透過率の最大値は1.147%であり、最小値は0.946%であり、ΔT=0.201であって、透過率の平坦性が比較的に劣る。
又、比較例4(Ti:Nb=0:100)では、特定波長域での透過率の最大値は1.131%であり、最小値は0.947%であり、ΔT=0.185であって、比較例1と同様に、透過率の平坦性が比較的に劣る。
Furthermore, in Comparative Example 3 (Ti:Nb=100:0), the maximum transmittance in the specific wavelength range was 1.147%, the minimum was 0.946%, and ΔT was 0.201, so the flatness of the transmittance was relatively poor.
In addition, in Comparative Example 4 (Ti:Nb = 0:100), the maximum transmittance in a specific wavelength range was 1.131%, the minimum was 0.947%, and ΔT was 0.185, and similar to Comparative Example 1, the flatness of the transmittance was relatively poor.
これらに対し、実施例5(Ti:Nb=80:20)では、特定波長域での透過率の最大値は1.133%であり、最小値は0.955%であり、ΔT=0.178であって、特定波長域における透過率の平坦性に優れている。
又、実施例6(Ti:Nb=40:60)では、特定波長域での透過率の最大値は1.110%であり、最小値は0.968%であり、ΔT=0.142であって、特定波長域における透過率の平坦性に優れている。
更に、実施例7(Ti:Nb=20:80)では、特定波長域での透過率の最大値は1.105%であり、最小値は0.964%であり、ΔT=0.141であって、特定波長域における透過率の平坦性に優れている。
又更に、実施例8(Ti:Nb=70:30)では、特定波長域での透過率の最大値は1.107%であり、最小値は0.967%であり、ΔT=0.140であって、特定波長域における透過率の平坦性に優れている。
In contrast, in Example 5 (Ti:Nb = 80:20), the maximum transmittance in the specific wavelength range was 1.133%, the minimum was 0.955%, and ΔT was 0.178, indicating excellent flatness of the transmittance in the specific wavelength range.
In addition, in Example 6 (Ti:Nb = 40:60), the maximum transmittance in the specific wavelength range was 1.110%, the minimum transmittance was 0.968%, and ΔT was 0.142, which means that the flatness of the transmittance in the specific wavelength range is excellent.
Furthermore, in Example 7 (Ti:Nb = 20:80), the maximum transmittance in the specific wavelength range was 1.105%, the minimum transmittance was 0.964%, and ΔT was 0.141, which means that the flatness of the transmittance in the specific wavelength range is excellent.
Furthermore, in Example 8 (Ti:Nb = 70:30), the maximum transmittance in the specific wavelength range was 1.107%, the minimum transmittance was 0.967%, and ΔT was 0.140, indicating excellent flatness of the transmittance in the specific wavelength range.
図21は、Ti+Nb層におけるTiの元素比率(Ti比率,%)を横軸とし、ΔTを縦軸とした平面に、実施例5~8及び比較例3~4についてプロットしたグラフである。図14では、各プロットをつなぐ曲線、即ち各プロットから得られるTi比率を独立変数とする関数ΔTも示されている。
特定波長域の光が1%の透過率を基準として透過される(ND100)実施例5~8及び比較例3~4に係る図21において、次に述べる理由から、Ti比率は15%以上75%以下であり、換言すれば、Ti+Nb層において、Ti:Nb=15:85~75:25であることが好ましい。即ち、ND100では、透過率1%、即ち光学濃度OD=2が基準とされているところ、透過率の幅ΔTがODにおいて基準の±1.8%以内に収まって十分な平坦性が得られるTi比率の範囲は、概ね15%以上75%以下である。この点更に詳述すると、基準のODに対して1.8%下回るODは、2×(1-0.018)=1.964であり、透過率に換算すると1.0864%である。他方、基準のODに対して1.8%上回るODは、2×(1+0.018)=2.036であり、透過率に換算すると0.9204%である。よって、ODが基準の±1.8%以内に収まる場合の透過率の幅ΔTは、1.0864-0.9204=0.166である。図21において、ΔT=0.166となる部分に、水平な両矢印が記載されている。そして、図21において、その両矢印で示されるTi比率の範囲でΔTが0.166以下となり、その範囲の最小値はおよそ15%であり(左側の点線の矢印)、その範囲の最大値はおよそ75%である(右側の点線の矢印)。尚、このTi比率の範囲は、上述の通り、実施例1~4(ND4)の場合と同じである。
従って、実施例5~8等のNDフィルタ1において、光吸収層10におけるTiとNbとの元素数比が、Ti:Nb=15:85~75:25の範囲内とされると、特定波長域での反射率が1%以下といった高い水準とされながら、ΔTが基準の光学濃度OD(2)に照らし十分に小さくされて、特定波長域での透過率の優れた平坦性が確保される。
又、実施例1~8とは異なる基準のOD値を有するNDフィルタ1においても、シミュレーションにより、Ti比率の範囲が15~75%となると、ΔTが基準の±1.8%以内に収まり、透過率分布の平坦性に優れて好ましいことが確認された。
Fig. 21 is a graph plotting the Ti element ratio (Ti ratio, %) in the Ti+Nb layer on a plane with the horizontal axis being the Ti element ratio in % and the vertical axis being ΔT for Examples 5 to 8 and Comparative Examples 3 and 4. Fig. 14 also shows a curve connecting each plot, i.e., a function ΔT with the Ti ratio obtained from each plot as an independent variable.
In Fig. 21 relating to Examples 5 to 8 and Comparative Examples 3 to 4 in which light in a specific wavelength range is transmitted based on a transmittance of 1% (ND100), the Ti ratio is 15% or more and 75% or less, in other words, in the Ti+Nb layer, it is preferable that Ti:Nb = 15:85 to 75:25. That is, in ND100, a transmittance of 1%, that is, an optical density OD = 2, is used as the standard, and the range of the Ti ratio in which the transmittance width ΔT falls within ±1.8% of the standard at OD and sufficient flatness is obtained is approximately 15% or more and 75% or less. To elaborate on this point, an OD that is 1.8% lower than the standard OD is 2 x (1 - 0.018) = 1.964, which is converted to a transmittance of 1.0864%. On the other hand, an OD that is 1.8% higher than the reference OD is 2×(1+0.018)=2.036, which is converted to a transmittance of 0.9204%. Therefore, the transmittance range ΔT when the OD is within ±1.8% of the reference is 1.0864-0.9204=0.166. In FIG. 21, a horizontal double-headed arrow is drawn at the portion where ΔT=0.166. In FIG. 21, in the range of Ti ratio indicated by the double-headed arrow, ΔT is 0.166 or less, the minimum value of the range is about 15% (dotted arrow on the left), and the maximum value of the range is about 75% (dotted arrow on the right). Note that this range of Ti ratio is the same as that of Examples 1 to 4 (ND4) as described above.
Therefore, in the ND filters 1 of Examples 5 to 8, etc., when the element ratio of Ti and Nb in the
Furthermore, even in the case of
1・・NDフィルタ、2・・基板、4・・光学膜、10・・光吸収層、12・・低屈折率層(誘電体層)、101・・(NDフィルタ1の)製造装置、102・・真空室(成膜室)、150a,150b・・Ti部(Tiのターゲット)、152a,152b・・Nb部(Nbのターゲット)、TTa,TTb・・Ti+Nb用ターゲット。 1: ND filter, 2: substrate, 4: optical film, 10: light absorption layer, 12: low refractive index layer (dielectric layer), 101: manufacturing equipment (for ND filter 1), 102: vacuum chamber (film formation chamber), 150a, 150b: Ti section (Ti target), 152a, 152b: Nb section (Nb target), TTa, TTb: targets for Ti+Nb.
Claims (8)
前記基板の1以上の面である成膜面の側に配置される光学膜と、
を備えており、
前記光学膜は、TiとNbとの混合物から成る光吸収層を、3層含んでおり、
各前記光吸収層の物理膜厚は、何れも3.2nm以上7.6nm以下である
ことを特徴とするNDフィルタ。 A substrate;
An optical film disposed on a film formation surface side, which is one or more surfaces of the substrate;
It is equipped with
The optical film includes three light absorbing layers each made of a mixture of Ti and Nb;
The ND filter, wherein the physical film thickness of each of the light absorbing layers is 3.2 nm or more and 7.6 nm or less .
前記基板の1以上の面である成膜面の側に配置される光学膜と、
を備えており、
前記光学膜は、TiとNbとの混合物から成る光吸収層を、4層含んでおり、
各前記光吸収層の物理膜厚は、何れも3.9nm以上39.5nm以下である
ことを特徴とするNDフィルタ。 A substrate;
An optical film disposed on a film formation surface side, which is one or more surfaces of the substrate;
It is equipped with
The optical film includes four light absorbing layers each made of a mixture of Ti and Nb;
The ND filter is characterized in that the physical film thickness of each of the light absorbing layers is 3.9 nm or more and 39.5 nm or less .
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のNDフィルタ。 3. The ND filter according to claim 1 , wherein the optical film includes a dielectric layer made of a dielectric material.
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載のNDフィルタ。 4. The ND filter according to claim 1, wherein the element ratio of Ti to Nb in the light absorption layer is within a range of Ti:Nb=15:85 to 75:25.
ことを特徴とするNDフィルタの製造方法。 A method for manufacturing an ND filter, comprising the steps of: simultaneously sputtering Ti and Nb in a film formation chamber in which a substrate is placed, thereby forming a light absorption layer made of a mixture of Ti and Nb on the substrate in three layers , each having a physical film thickness of 3.2 nm or more and 7.6 nm or less .
ことを特徴とするNDフィルタの製造方法。 A method for manufacturing an ND filter, comprising the steps of: simultaneously sputtering Ti and Nb in a film formation chamber in which a substrate is placed, thereby forming a light absorption layer made of a mixture of Ti and Nb on the substrate in four layers , each layer having a physical film thickness of 3.9 nm or more and 39.5 nm or less .
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のNDフィルタの製造方法。 7. The method for manufacturing an ND filter according to claim 5, wherein the element number ratio of Ti and Nb in the light absorption layer is controlled by a ratio of an area of an exposed surface of a Ti target in a film formation chamber to an area of an exposed surface of a Nb target in a film formation chamber .
ことを特徴とする請求項5から請求項7の何れかに記載のNDフィルタの製造方法。 8. The method for manufacturing an ND filter according to claim 5, wherein the light absorbing layer is formed using a Ti+Nb target in which a Ti target and a Nb target are combined.
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