JPH0763915A - 薄膜型ｎｄフィルター及びその製造方法 - Google Patents
薄膜型ｎｄフィルター及びその製造方法Info
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- JPH0763915A JPH0763915A JP5234098A JP23409893A JPH0763915A JP H0763915 A JPH0763915 A JP H0763915A JP 5234098 A JP5234098 A JP 5234098A JP 23409893 A JP23409893 A JP 23409893A JP H0763915 A JPH0763915 A JP H0763915A
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- thin film
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/205—Neutral density filters
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 可視領域全般にわたり均一の分光特性を有し
た耐久性の優れた薄膜型ＮＤフィルター及びその製造方
法を得ること。 【構成】 透過光量を減衰させる薄膜型ＮＤフィルタ−
において、透明基板面上に可視域の波長域で屈折率ｎと
消衰係数ｋが１．０から３．０の範囲にある２種以上の
金属酸化物を用いて構成することにより、平坦な透過率
特性を有すること。
た耐久性の優れた薄膜型ＮＤフィルター及びその製造方
法を得ること。 【構成】 透過光量を減衰させる薄膜型ＮＤフィルタ−
において、透明基板面上に可視域の波長域で屈折率ｎと
消衰係数ｋが１．０から３．０の範囲にある２種以上の
金属酸化物を用いて構成することにより、平坦な透過率
特性を有すること。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜型ＮＤ（ニュートラ
ル，デンシティ）フィルター及びその製造方法に関し、
特に可視領域全域にわたり透過率が均一で、しかも耐久
性に優れた薄膜型ＮＤフィルター及びその製造方法に関
するものである。
ル，デンシティ）フィルター及びその製造方法に関し、
特に可視領域全域にわたり透過率が均一で、しかも耐久
性に優れた薄膜型ＮＤフィルター及びその製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より撮影系において、被写体輝度が
高すぎるときは絞りを最小径に絞っても（開口径を最小
にしても）感光面へ所定量以上の光量が入射してしまう
場合がある。この為、撮影系の一部にＮＤフィルターを
装着して感光面への入射光量を規制することがしばしば
行なわれている。
高すぎるときは絞りを最小径に絞っても（開口径を最小
にしても）感光面へ所定量以上の光量が入射してしまう
場合がある。この為、撮影系の一部にＮＤフィルターを
装着して感光面への入射光量を規制することがしばしば
行なわれている。
【０００３】このときのＮＤフィルターの分光特性は単
に入射光量を減少させるということから、可視領域全般
にわたり均一な透過率を有していることが必要となって
いる。ＮＤフィルターとしてはガラス（透明基板）に吸
収物質を入れて溶解して作ったガラスフィルターや色素
を入れてフィルム状にしたシートフィルター等が多く使
用されている。
に入射光量を減少させるということから、可視領域全般
にわたり均一な透過率を有していることが必要となって
いる。ＮＤフィルターとしてはガラス（透明基板）に吸
収物質を入れて溶解して作ったガラスフィルターや色素
を入れてフィルム状にしたシートフィルター等が多く使
用されている。
【０００４】しかしながら、これらのＮＤフィルターは
可視領域全般にわたり分光特性が均一（ニュートラリテ
ィ）でないことや長時間の使用後に分光特性が変化した
り、又外観に異常が発生しているという耐久性に問題点
があった。
可視領域全般にわたり分光特性が均一（ニュートラリテ
ィ）でないことや長時間の使用後に分光特性が変化した
り、又外観に異常が発生しているという耐久性に問題点
があった。
【０００５】上記問題点を解決するために金属膜に保護
膜をオ−バ−コ−トしたもの、金属膜と誘電体膜の複数
層からなるものが薄膜型ＮＤフィルタ−として知られて
いる。
膜をオ−バ−コ−トしたもの、金属膜と誘電体膜の複数
層からなるものが薄膜型ＮＤフィルタ−として知られて
いる。
【０００６】例えば、特開昭５２−１１３２３６号公報
においては、金属膜としてＴｉ、又はＣｒを用い、誘電
体膜としてＭｇＦ2 膜を用い、これらを複数層積層する
ことにより反射防止効果をも有するＮＤフィルタ−が開
示されている。又特開昭５７−１９５２０７号公報にお
いては、誘電体膜を中心にして対向するように金属膜と
誘電体膜からなる複数層を設けることにより、反射防止
効果を有するＮＤフィルタ−が開示されている。又特開
昭５９−３８７０１号公報、特開昭６１−１８３６０４
号公報においても、金属膜としてＮｉを用い誘電体膜と
組み合わせて得られる、反射防止効果を有するＮＤフィ
ルタ−が開示されている。
においては、金属膜としてＴｉ、又はＣｒを用い、誘電
体膜としてＭｇＦ2 膜を用い、これらを複数層積層する
ことにより反射防止効果をも有するＮＤフィルタ−が開
示されている。又特開昭５７−１９５２０７号公報にお
いては、誘電体膜を中心にして対向するように金属膜と
誘電体膜からなる複数層を設けることにより、反射防止
効果を有するＮＤフィルタ−が開示されている。又特開
昭５９−３８７０１号公報、特開昭６１−１８３６０４
号公報においても、金属膜としてＮｉを用い誘電体膜と
組み合わせて得られる、反射防止効果を有するＮＤフィ
ルタ−が開示されている。
【０００７】更に特開平５−９３８１１号公報において
は、金属膜としてＴｉ膜を用い、誘電体膜としてはＭｇ
Ｆ2 とＳｉＯ2 膜を用い、特にＳｉＯ2 膜を用いること
により膜ワレの発生を防止したことを特徴とする、反射
防止効果を有するＮＤフィルタ−が開示されている。こ
れらは、平坦な透過率特性、ゴ−スト・フレア−を防止
するための反射防止特性を得ることを目的に、金属膜と
誘電体膜を複数層積層し優れた特性を実現するものであ
った。
は、金属膜としてＴｉ膜を用い、誘電体膜としてはＭｇ
Ｆ2 とＳｉＯ2 膜を用い、特にＳｉＯ2 膜を用いること
により膜ワレの発生を防止したことを特徴とする、反射
防止効果を有するＮＤフィルタ−が開示されている。こ
れらは、平坦な透過率特性、ゴ−スト・フレア−を防止
するための反射防止特性を得ることを目的に、金属膜と
誘電体膜を複数層積層し優れた特性を実現するものであ
った。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
いずれの場合においても金属膜を用いるため、誘電体膜
との積層で透過率特性、反射防止特性を得るためには、
金属膜の各層の幾何学的厚さが非常に薄い層であった。
これは、前記の各公報で提案されているように、Ｔｉ，
Ｃｒ，Ｎｉにおいて形成される各層の厚さは１〜１０ｎ
ｍ、特には数ｎｍのものが多用されねばならなかった。
いずれの場合においても金属膜を用いるため、誘電体膜
との積層で透過率特性、反射防止特性を得るためには、
金属膜の各層の幾何学的厚さが非常に薄い層であった。
これは、前記の各公報で提案されているように、Ｔｉ，
Ｃｒ，Ｎｉにおいて形成される各層の厚さは１〜１０ｎ
ｍ、特には数ｎｍのものが多用されねばならなかった。
【０００９】従って、例えば図１に示す様に金属膜（Ｔ
ｉ，Ｃｒ）の透過率はその厚さに対して非常に敏感であ
り、特に上記の厚さで各層の膜厚を制御する場合、厚さ
が薄いため制御が難しく、再現性よく平坦な透過率特性
が得られないという欠点があった。
ｉ，Ｃｒ）の透過率はその厚さに対して非常に敏感であ
り、特に上記の厚さで各層の膜厚を制御する場合、厚さ
が薄いため制御が難しく、再現性よく平坦な透過率特性
が得られないという欠点があった。
【００１０】又、金属膜を用いるため、その固有の屈折
率、消衰係数から金属膜の厚さに応じた各透過率特性に
傾斜を有し、前記金属膜と誘電体の複数層構成では、更
に透過率特性、反射防止特性の両者の特性を各透過率の
目標において向上させることが困難であるという欠点が
あった。
率、消衰係数から金属膜の厚さに応じた各透過率特性に
傾斜を有し、前記金属膜と誘電体の複数層構成では、更
に透過率特性、反射防止特性の両者の特性を各透過率の
目標において向上させることが困難であるという欠点が
あった。
【００１１】本発明は、新たな吸収材料、膜構成を適切
に選択することにより、上記欠点を解決するとともに、
耐久性に優れた薄膜型ＮＤフィルタ−及びその製造方法
の提供を目的とする。
に選択することにより、上記欠点を解決するとともに、
耐久性に優れた薄膜型ＮＤフィルタ−及びその製造方法
の提供を目的とする。
【００１２】特に、本発明は透明基板面上に蒸着する物
質を適切に設定することにより、可視領域全般にわたり
均一な分光特性が得られ、例えば均一な透過率が得ら
れ、又他の誘電体物質とを組み合わせて蒸着することに
より、多層反射防止膜としての作用も兼用させた耐久性
があり、かつ反射防止効果の優れた薄膜型ＮＤフィルタ
ー及びその製造方法の提供を目的とする。
質を適切に設定することにより、可視領域全般にわたり
均一な分光特性が得られ、例えば均一な透過率が得ら
れ、又他の誘電体物質とを組み合わせて蒸着することに
より、多層反射防止膜としての作用も兼用させた耐久性
があり、かつ反射防止効果の優れた薄膜型ＮＤフィルタ
ー及びその製造方法の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜型ＮＤフィ
ルターは、（１−１）透過光量を減衰させる薄膜型ＮＤ
フィルタ−において、透明基板面上に可視域の波長域で
屈折率ｎと消衰係数ｋが１．０から３．０の範囲にある
２種以上の金属酸化物を用いて構成することにより、平
坦な透過率特性を有することを特徴としている。
ルターは、（１−１）透過光量を減衰させる薄膜型ＮＤ
フィルタ−において、透明基板面上に可視域の波長域で
屈折率ｎと消衰係数ｋが１．０から３．０の範囲にある
２種以上の金属酸化物を用いて構成することにより、平
坦な透過率特性を有することを特徴としている。
【００１４】特に、前記２種類以上の金属酸化物は、チ
タン酸化物の組み合わせであること、前記金属酸化物を
含む、２層以上の多層膜反射防止にすることにより、Ｎ
Ｄフィルターの表面反射特性及び裏面反射特性を低減し
たこと、前記多層反射防止膜の高屈折率層として金属酸
化物を使用していること、前記多層反射防止膜の誘電体
層としてＡｌ２ Ｏ３ ，ＳｉＯ２ ，ＭｇＦ２ から
選ばれた材料を用い、空気側に接する最終層がＭｇＦ２
層であること、前記透明基板面の両側に多層反射防止
膜を形成することにより該透明基板の両面の反射特性を
低減したこと、そして前記金属酸化物は厚さにおおじて
透過率の傾きが短波長と長波長で１各々異なる金属酸化
物である等を特徴としている。
タン酸化物の組み合わせであること、前記金属酸化物を
含む、２層以上の多層膜反射防止にすることにより、Ｎ
Ｄフィルターの表面反射特性及び裏面反射特性を低減し
たこと、前記多層反射防止膜の高屈折率層として金属酸
化物を使用していること、前記多層反射防止膜の誘電体
層としてＡｌ２ Ｏ３ ，ＳｉＯ２ ，ＭｇＦ２ から
選ばれた材料を用い、空気側に接する最終層がＭｇＦ２
層であること、前記透明基板面の両側に多層反射防止
膜を形成することにより該透明基板の両面の反射特性を
低減したこと、そして前記金属酸化物は厚さにおおじて
透過率の傾きが短波長と長波長で１各々異なる金属酸化
物である等を特徴としている。
【００１５】又、本発明の薄膜型ＮＤフィルターの製造
方法としては、（１−２）透過光量を減衰させる薄膜型
ＮＤフィルタ−において、透明基板面上に可視域の波長
域で屈折率ｎと消衰係数ｋが１．０から３．０の範囲に
ある２種以上の金属酸化物を用いて構成することによ
り、平坦な透過率特性を得る際、Ａｌ２ Ｏ３ ，Ｓｉ
Ｏ２ ，ＭｇＦ２ から選ばれた材料を用い、空気側に
接する最終層がＭｇＦ２ 層である多層反射防止膜の誘
電体層を前記透明基板の温度が１５０℃以上として成膜
したことを特徴としている。
方法としては、（１−２）透過光量を減衰させる薄膜型
ＮＤフィルタ−において、透明基板面上に可視域の波長
域で屈折率ｎと消衰係数ｋが１．０から３．０の範囲に
ある２種以上の金属酸化物を用いて構成することによ
り、平坦な透過率特性を得る際、Ａｌ２ Ｏ３ ，Ｓｉ
Ｏ２ ，ＭｇＦ２ から選ばれた材料を用い、空気側に
接する最終層がＭｇＦ２ 層である多層反射防止膜の誘
電体層を前記透明基板の温度が１５０℃以上として成膜
したことを特徴としている。
【００１６】特に、前記多層反射防止膜のうち、一つの
高屈折率層を形成する場合に２種類以上の材料からなる
混合材料を用いて成膜することや、真空中で前記多層反
射防止膜の分光反射率、透過率を測定しながら該多層反
射防止膜を形成し、測定値にもとずき形成中の高屈折率
層、又は次の形成予定の高屈折率層の材料の選択及び膜
厚制御を行うこと等を特徴としている。
高屈折率層を形成する場合に２種類以上の材料からなる
混合材料を用いて成膜することや、真空中で前記多層反
射防止膜の分光反射率、透過率を測定しながら該多層反
射防止膜を形成し、測定値にもとずき形成中の高屈折率
層、又は次の形成予定の高屈折率層の材料の選択及び膜
厚制御を行うこと等を特徴としている。
【００１７】このように本発明では、高屈折率膜として
屈折率、消衰係数の異なる２種類以上の金属酸化物を選
択し、単独の層、又は混合層として透明基板上に１層以
上形成することにより、所望の波長域、特には可視域の
波長域において平坦な透過率特性を実現している。
屈折率、消衰係数の異なる２種類以上の金属酸化物を選
択し、単独の層、又は混合層として透明基板上に１層以
上形成することにより、所望の波長域、特には可視域の
波長域において平坦な透過率特性を実現している。
【００１８】特に、前記透明基板上に前記吸収を有する
高屈折率膜と誘電体膜との複数層からなる多層膜を形成
することにより優れた反射防止効果を得ている。
高屈折率膜と誘電体膜との複数層からなる多層膜を形成
することにより優れた反射防止効果を得ている。
【００１９】
【実施例】本発明の薄膜型ＮＤフィルターは、通常の反
射防止膜を構成する透明な高屈折率膜がその形成条件に
依存して大きな吸収量を有することを見出し、この吸収
量を積極的に利用している。すなわち、ＣｅＯ2 ，Ｈｆ
Ｏ2 ，Ｐｒ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2Ｏ3 ，Ｔｂ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ
2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＺｎＯ，Ｚｒ
Ｏ2 等を高屈折率膜として形成する場合、酸化度を促進
して透明な膜を得るために、酸素雰囲気中での反応成膜
の手法をとっている。
射防止膜を構成する透明な高屈折率膜がその形成条件に
依存して大きな吸収量を有することを見出し、この吸収
量を積極的に利用している。すなわち、ＣｅＯ2 ，Ｈｆ
Ｏ2 ，Ｐｒ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2Ｏ3 ，Ｔｂ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ
2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＺｎＯ，Ｚｒ
Ｏ2 等を高屈折率膜として形成する場合、酸化度を促進
して透明な膜を得るために、酸素雰囲気中での反応成膜
の手法をとっている。
【００２０】酸素ガスを導入しない１０-3Ｐａ程度の通
常真空雰囲気での成膜を行うとこれらの膜は可視域の波
長域において吸収を有する膜となる。特に１０-4Ｐａ以
下の高真空雰囲気下の成膜、更には膜形成時の出発材料
を不飽和酸化物とすると大きな吸収を有する。本発明は
これらの異なる吸収量をもつ材料を２種類以上選択する
ことにより平坦な透過率特性を得ている。
常真空雰囲気での成膜を行うとこれらの膜は可視域の波
長域において吸収を有する膜となる。特に１０-4Ｐａ以
下の高真空雰囲気下の成膜、更には膜形成時の出発材料
を不飽和酸化物とすると大きな吸収を有する。本発明は
これらの異なる吸収量をもつ材料を２種類以上選択する
ことにより平坦な透過率特性を得ている。
【００２１】次に、具体的な例としてチタン酸化物を例
にとり説明する。不飽和チタン酸化物材料としては、Ｔ
ｉＯ，Ｔｉ2 Ｏ3 ，Ｔｉ3 Ｏ5 ，Ｔｉ4 Ｏ7 がある。図
２にＴｉＯを出発材料として真空蒸着形成した膜の屈折
率、消衰係数を示す。図２に示すように、屈折率、消衰
係数とも短波長側から長波長側に向かって増加傾向にあ
るが、Ｔｉ金属膜に比較してその傾斜、大きさは異な
る。
にとり説明する。不飽和チタン酸化物材料としては、Ｔ
ｉＯ，Ｔｉ2 Ｏ3 ，Ｔｉ3 Ｏ5 ，Ｔｉ4 Ｏ7 がある。図
２にＴｉＯを出発材料として真空蒸着形成した膜の屈折
率、消衰係数を示す。図２に示すように、屈折率、消衰
係数とも短波長側から長波長側に向かって増加傾向にあ
るが、Ｔｉ金属膜に比較してその傾斜、大きさは異な
る。
【００２２】図３に前記屈折率、消衰係数を有するＴｉ
Ｏ膜を透明基板上に２０ｎｍの幾何学的厚さで形成した
時の透過率特性を示す。図３に示すように、透過率はほ
ぼ平坦であるが、やや単波長側で低下傾向にある。
Ｏ膜を透明基板上に２０ｎｍの幾何学的厚さで形成した
時の透過率特性を示す。図３に示すように、透過率はほ
ぼ平坦であるが、やや単波長側で低下傾向にある。
【００２３】図４に、更にＴｉ2 Ｏ3 を出発材料として
真空蒸着形成した膜の屈折率、消衰係数を示す。ＴｉＯ
膜と同様に屈折率、消衰係数とも短波長側から長波長側
に向かって増加傾向にあるが、特徴的な傾向としては長
波長側で屈折率と消衰係数の大小関係が逆転することが
上げられる。このためＴｉ2 Ｏ3 膜をＴｉＯ膜と同様の
厚さで形成すると図５の透過率特性に示すように、長波
長側で透過率は低下傾向を有する。本発明ではこのこと
から両者の膜を用いることにより平坦な透過率特性を得
ている。
真空蒸着形成した膜の屈折率、消衰係数を示す。ＴｉＯ
膜と同様に屈折率、消衰係数とも短波長側から長波長側
に向かって増加傾向にあるが、特徴的な傾向としては長
波長側で屈折率と消衰係数の大小関係が逆転することが
上げられる。このためＴｉ2 Ｏ3 膜をＴｉＯ膜と同様の
厚さで形成すると図５の透過率特性に示すように、長波
長側で透過率は低下傾向を有する。本発明ではこのこと
から両者の膜を用いることにより平坦な透過率特性を得
ている。
【００２４】図６（Ａ）は両者の膜を用いる基本的な考
え方の例として、ＴｉＯ膜２の形成後、Ｔｉ2 Ｏ3 膜３
を形成して透過率を平坦化する方法の説明図である。図
中、１は基板、２はＴｉＯ、３はＴｉ2 Ｏ3 である。こ
れは当然図６（Ｂ）に示す様に、形成順序を逆にしても
同様の効果を得ることが出来る。更に図６（Ｃ）は両者
の材料を混合して形成する方法の説明図である。図中４
は混合膜である。その場合、真空蒸着法においては独立
した複数の蒸発源からの異なる材料の同時蒸着の手法、
或は単一の蒸発源からの２種類以上の材料を含む混合材
料の蒸着手法をとることが出来る。
え方の例として、ＴｉＯ膜２の形成後、Ｔｉ2 Ｏ3 膜３
を形成して透過率を平坦化する方法の説明図である。図
中、１は基板、２はＴｉＯ、３はＴｉ2 Ｏ3 である。こ
れは当然図６（Ｂ）に示す様に、形成順序を逆にしても
同様の効果を得ることが出来る。更に図６（Ｃ）は両者
の材料を混合して形成する方法の説明図である。図中４
は混合膜である。その場合、真空蒸着法においては独立
した複数の蒸発源からの異なる材料の同時蒸着の手法、
或は単一の蒸発源からの２種類以上の材料を含む混合材
料の蒸着手法をとることが出来る。
【００２５】更に誘電体層を含む複数層からなる積層に
より反射防止効果をも得る目的では、図７に示す様に誘
電体膜５、７と吸収を有する金属酸化物との交互層で構
成することが出来る。ここに誘電体膜５、７はＡｌ2 Ｏ
3 膜、ＳｉＯ2 膜、ＭｇＦ2膜であって、特に空気側に
接する誘電体膜７はＭｇＦ2 膜であることが好ましい。
より反射防止効果をも得る目的では、図７に示す様に誘
電体膜５、７と吸収を有する金属酸化物との交互層で構
成することが出来る。ここに誘電体膜５、７はＡｌ2 Ｏ
3 膜、ＳｉＯ2 膜、ＭｇＦ2膜であって、特に空気側に
接する誘電体膜７はＭｇＦ2 膜であることが好ましい。
【００２６】又、金属酸化物膜６は、例えばＴｉＯ膜の
単体であっても、又はＴｉ2 Ｏ3 膜の単体であってもよ
い。但し、この場合反射防止膜を形成する複数の金属酸
化物膜の少なくとも１層は異なる材料で形成される必要
がある。又金属酸化物膜６は図６（Ａ）で示す異なる材
料の膜からなる２層以上の交互層であっても良い。金属
酸化物膜６は図６（Ｃ）で示す様に、異なる材料からな
る混合層であっても良い。
単体であっても、又はＴｉ2 Ｏ3 膜の単体であってもよ
い。但し、この場合反射防止膜を形成する複数の金属酸
化物膜の少なくとも１層は異なる材料で形成される必要
がある。又金属酸化物膜６は図６（Ａ）で示す異なる材
料の膜からなる２層以上の交互層であっても良い。金属
酸化物膜６は図６（Ｃ）で示す様に、異なる材料からな
る混合層であっても良い。
【００２７】更に、ＮＤフィルタ−の形状としては、Ｎ
Ｄ膜をガラスで挟み耐久性を持たせた形状のものが一般
的であるが、本発明においては基板を１５０℃以上、好
ましくは２００℃〜３００℃程度に加熱して膜形成を行
うことにより耐久性を保証している。図８（Ａ）は片面
だけにＮＤ膜を設け他面に通常の反射防止膜を設けた形
状にしたときの説明図である。更に本発明において、平
坦な透過率特性と反射防止効果を得るためには、基板の
両面にＮＤ膜を設けるのが良く、これによれば基板のい
ずれの側からの入射光に対しても更なる反射防止効果を
得ることが可能となる。
Ｄ膜をガラスで挟み耐久性を持たせた形状のものが一般
的であるが、本発明においては基板を１５０℃以上、好
ましくは２００℃〜３００℃程度に加熱して膜形成を行
うことにより耐久性を保証している。図８（Ａ）は片面
だけにＮＤ膜を設け他面に通常の反射防止膜を設けた形
状にしたときの説明図である。更に本発明において、平
坦な透過率特性と反射防止効果を得るためには、基板の
両面にＮＤ膜を設けるのが良く、これによれば基板のい
ずれの側からの入射光に対しても更なる反射防止効果を
得ることが可能となる。
【００２８】本発明の効果を効果的に実現するために
は、吸収を有する金属酸化物の可視域（４００〜７００
ｎｍ）での屈折率、消衰係数の範囲は１．０〜３．０で
あるのが良い。
は、吸収を有する金属酸化物の可視域（４００〜７００
ｎｍ）での屈折率、消衰係数の範囲は１．０〜３．０で
あるのが良い。
【００２９】すなわち、波長４００ｎｍ近傍の光におい
ては、屈折率が１．０以下の場合Ａｌ、Ａｇ膜の様に高
反射率を示す金属膜に近い性質を示し、又消衰係数が
３．０以上では長波長側に比較して短波長側の透過率が
急激に低下する傾向にあり透過率の平坦が難しい。又、
波長７００ｎｍ近傍の光においては、Ｔｉ膜の屈折率、
消衰係数が３．０を越えることから、本発明の金属酸化
物の特徴を出すためには３．０以下であることが好まし
い。
ては、屈折率が１．０以下の場合Ａｌ、Ａｇ膜の様に高
反射率を示す金属膜に近い性質を示し、又消衰係数が
３．０以上では長波長側に比較して短波長側の透過率が
急激に低下する傾向にあり透過率の平坦が難しい。又、
波長７００ｎｍ近傍の光においては、Ｔｉ膜の屈折率、
消衰係数が３．０を越えることから、本発明の金属酸化
物の特徴を出すためには３．０以下であることが好まし
い。
【００３０】すなわち図１に示す様に、本発明の金属酸
化物を構成するＴｉＯ，Ｔｉ2 Ｏ3膜においては、膜厚
に対する透過率の変化が小さく、例えば３０％の透過率
を得るためにはＴｉ、Ｃｒ膜に比較して２〜３倍の膜厚
を形成することが可能となり、膜厚制御性、再現性が向
上する。特に、この長所は、誘電体膜と組み合わせた積
層構成、更には高透過率タイプのＮＤフィルターにおい
ては大きな効果を発揮する。
化物を構成するＴｉＯ，Ｔｉ2 Ｏ3膜においては、膜厚
に対する透過率の変化が小さく、例えば３０％の透過率
を得るためにはＴｉ、Ｃｒ膜に比較して２〜３倍の膜厚
を形成することが可能となり、膜厚制御性、再現性が向
上する。特に、この長所は、誘電体膜と組み合わせた積
層構成、更には高透過率タイプのＮＤフィルターにおい
ては大きな効果を発揮する。
【００３１】更に、本発明の製造例として真空蒸着法に
おける例を示したが、他の例として不活性ガスや反応性
ガスを用いたイオンプレ−ティング法、イオンビ−ムア
シスト法、更にはスパッタ法等が適用可能である。特に
スパッタ法のおいては、異なるタ−ゲットからの同時ス
パッタ、或は２種類以上の組成からなる混合タ−ゲット
をもちいたスパッタ法により前記混合金属酸化物膜を形
成するのに効果がある。又、上記方法においては、プラ
ズマやイオンビ−ムのエネルギ−を制御することによ
り、種々の活性状態を作り、酸化度の異なる金属酸化物
を形成することが可能であり、金属、不飽和金属酸化
物、飽和金属酸化物を出発材料として用いることが出来
る。
おける例を示したが、他の例として不活性ガスや反応性
ガスを用いたイオンプレ−ティング法、イオンビ−ムア
シスト法、更にはスパッタ法等が適用可能である。特に
スパッタ法のおいては、異なるタ−ゲットからの同時ス
パッタ、或は２種類以上の組成からなる混合タ−ゲット
をもちいたスパッタ法により前記混合金属酸化物膜を形
成するのに効果がある。又、上記方法においては、プラ
ズマやイオンビ−ムのエネルギ−を制御することによ
り、種々の活性状態を作り、酸化度の異なる金属酸化物
を形成することが可能であり、金属、不飽和金属酸化
物、飽和金属酸化物を出発材料として用いることが出来
る。
【００３２】図９は本発明に係る真空蒸着装置を用いて
ＮＤフィルタ−を製造するときの製造方法の説明図であ
る。図９において、９１は真空装置の本体、９２は排気
口、９３は電子銃等の蒸発源、９４は基板加熱用のヒ−
タ−、９５は透過用光源、９６は反射用光源、９７は受
光部、９８は被蒸着基板、９９は膜厚制御用のモニタ−
基板である。更に表１に本発明の膜構成を示す。
ＮＤフィルタ−を製造するときの製造方法の説明図であ
る。図９において、９１は真空装置の本体、９２は排気
口、９３は電子銃等の蒸発源、９４は基板加熱用のヒ−
タ−、９５は透過用光源、９６は反射用光源、９７は受
光部、９８は被蒸着基板、９９は膜厚制御用のモニタ−
基板である。更に表１に本発明の膜構成を示す。
【００３３】実施例１は透過率２０％を目標に光学用の
ＢＫ７の基板上に形成したものであり、基板側から７層
構成でＭ層はＡｌ2 Ｏ3 膜、Ｌ層はＭｇＦ2 膜を示し、
ＭｇＦ2 膜は空気に接する。金属酸化物膜としては前記
ＴｉＯ膜とＴｉ2 Ｏ 3膜を選択している。そして図９に
示す異なる蒸発源９３から各々蒸発せしめ２，４，６層
目を形成した。形成時の真空度は５×１０-4Ｐａ、基板
温度は２５０℃であり、図９に示す９５，９７及び９
６，９７の光学式膜厚制御装置を用いモニタ−基板９９
からの透過光、反射光の単波長、及び可視域の分光強度
により膜厚制御を行っている。
ＢＫ７の基板上に形成したものであり、基板側から７層
構成でＭ層はＡｌ2 Ｏ3 膜、Ｌ層はＭｇＦ2 膜を示し、
ＭｇＦ2 膜は空気に接する。金属酸化物膜としては前記
ＴｉＯ膜とＴｉ2 Ｏ 3膜を選択している。そして図９に
示す異なる蒸発源９３から各々蒸発せしめ２，４，６層
目を形成した。形成時の真空度は５×１０-4Ｐａ、基板
温度は２５０℃であり、図９に示す９５，９７及び９
６，９７の光学式膜厚制御装置を用いモニタ−基板９９
からの透過光、反射光の単波長、及び可視域の分光強度
により膜厚制御を行っている。
【００３４】図３，図８に示す様にＴｉＯ膜の方が可視
域において透過率特性は平坦に近く、５層目終了時及び
６層目形成時の可視域での分光強度の測定から、６層目
のＴｉ2 Ｏ3 膜厚を決定し、透過率の平坦化を行ってい
る。分光強度の測定を行わずともほぼ設計値通りの特性
を得ることが出来るが、上記の方法を採ることにより更
に再現性よく優れた特性を得ている。
域において透過率特性は平坦に近く、５層目終了時及び
６層目形成時の可視域での分光強度の測定から、６層目
のＴｉ2 Ｏ3 膜厚を決定し、透過率の平坦化を行ってい
る。分光強度の測定を行わずともほぼ設計値通りの特性
を得ることが出来るが、上記の方法を採ることにより更
に再現性よく優れた特性を得ている。
【００３５】図１０に得られた透過率、反射率の特性を
示す。可視域において透過率の平坦性が±１％以下、反
射率１．５％以下の優れた特性が得られている。
示す。可視域において透過率の平坦性が±１％以下、反
射率１．５％以下の優れた特性が得られている。
【００３６】
【表１】 次に本発明の実施例について説明する。本実施例では実
施例１と同様にして、透過率１２．５％を目標に１０層
構成のＮＤフィルタ−を形成している。表１に膜厚構成
を示す。４、５層目は本来単一の層であるが、透過率の
平坦化を図るため、ＴｉＯとＴｉ2 Ｏ3 の分割層で一つ
の吸収膜を形成している。但し、７，９層目にＴｉＯ膜
を形成するため５層目終了時点ではやや長波長側の透過
率が低い傾斜を示す様に膜厚制御される。
施例１と同様にして、透過率１２．５％を目標に１０層
構成のＮＤフィルタ−を形成している。表１に膜厚構成
を示す。４、５層目は本来単一の層であるが、透過率の
平坦化を図るため、ＴｉＯとＴｉ2 Ｏ3 の分割層で一つ
の吸収膜を形成している。但し、７，９層目にＴｉＯ膜
を形成するため５層目終了時点ではやや長波長側の透過
率が低い傾斜を示す様に膜厚制御される。
【００３７】図１１は本実施例におけるＮＤフィルター
の分光透過率の説明図である。図１１に示す様に、可視
域において透過率の平坦性が±１％以下、反射率１．５
％以下の優れた特性を得ている。
の分光透過率の説明図である。図１１に示す様に、可視
域において透過率の平坦性が±１％以下、反射率１．５
％以下の優れた特性を得ている。
【００３８】次に本発明の実施例３について説明する。
本実施例では実施例１と同様にして、透過率２５．０％
を目標に９層構成のＮＤフィルタ−を形成している。表
１に膜厚構成を示す。４層目に透過率特性の平坦化を図
るため、ＴｉＯとＴｉ2 Ｏ3の混合膜Ｔｉx Ｏy を用い
ている。一つの電子銃のルツボにＴｉＯとＴｉ2 Ｏ3を
混合したものを出発材料として用い、ＴｉＯとＴｉ2 Ｏ
3 の混合比を１：１から１：５まで検討した結果、最適
な透過率特性を得ることが出来る混合比として１：３を
選択した。出発材料としてＴｉ2 Ｏ3 の混合量が多い理
由は、Ｔｉ2 Ｏ3 の蒸気圧がやや低いためである。実施
例２と同様に、６，８層目にＴｉＯ膜を形成するため５
層目終了時点ではやや長波長側の透過率が低い傾斜を示
す様に膜厚制御している。
本実施例では実施例１と同様にして、透過率２５．０％
を目標に９層構成のＮＤフィルタ−を形成している。表
１に膜厚構成を示す。４層目に透過率特性の平坦化を図
るため、ＴｉＯとＴｉ2 Ｏ3の混合膜Ｔｉx Ｏy を用い
ている。一つの電子銃のルツボにＴｉＯとＴｉ2 Ｏ3を
混合したものを出発材料として用い、ＴｉＯとＴｉ2 Ｏ
3 の混合比を１：１から１：５まで検討した結果、最適
な透過率特性を得ることが出来る混合比として１：３を
選択した。出発材料としてＴｉ2 Ｏ3 の混合量が多い理
由は、Ｔｉ2 Ｏ3 の蒸気圧がやや低いためである。実施
例２と同様に、６，８層目にＴｉＯ膜を形成するため５
層目終了時点ではやや長波長側の透過率が低い傾斜を示
す様に膜厚制御している。
【００３９】図１２に示す様に、可視域において透過率
の平坦性が±１％以下、反射率１．５％以下の優れた特
性を得ている。
の平坦性が±１％以下、反射率１．５％以下の優れた特
性を得ている。
【００４０】次に本発明の実施例４について説明する。
本発明に係るＮＤフィルタ−の特性としては、可視域に
おける平坦な透過率特性と反射防止効果が必要である
が、同時に経時的に特性が変化しないことが重要であ
る。本実施例では経時的変化を抑制するため基板加熱温
度、膜構成中の誘電体の検討を行った。実施例１と同様
に７層構成のＮＤフィルタ−を形成した。但し、基板加
熱温度と膜構成中の誘電体を変えた。条件と結果を表２
に示す。
本発明に係るＮＤフィルタ−の特性としては、可視域に
おける平坦な透過率特性と反射防止効果が必要である
が、同時に経時的に特性が変化しないことが重要であ
る。本実施例では経時的変化を抑制するため基板加熱温
度、膜構成中の誘電体の検討を行った。実施例１と同様
に７層構成のＮＤフィルタ−を形成した。但し、基板加
熱温度と膜構成中の誘電体を変えた。条件と結果を表２
に示す。
【００４１】表２においてＭ、Ｓ、Ｌは各々Ａｌ2 Ｏ
3 、ＳｉＯ2 、ＭｇＦ2 膜を示す。耐久結果の評価基準
は、４５℃、９５％の相対湿度の環境下で５００時間の
放置後のテストの結果、透過率変化の無いものを◎印、
可視域の平均透過率変化が２％未満のものを○印、更に
可視域の平均透過率変化が２％以上のものを△印とし
た。なお、１５０℃で形成したものにおいては、ＳｉＯ
2 膜を使用したものを除いてわずかではあるが微小な斑
点状の外観変化を生じるものがあった。耐久性の実用的
な必要度は用途、使用環境によって異なるため定かでは
無いが、表２においては○印以上のものがより好まし
く、ＮＤフィルタ−の経時的な安定性をえるためには、
吸収膜そのものが安定であることと同時に、誘電体膜が
密度のの高い保護膜として作用することが重要であり、
加熱温度としては１５０℃以上、誘電体膜としては最終
層を除いてＳｉＯ2 膜、Ａｌ2 Ｏ3 膜を使用するのが好
ましい。
3 、ＳｉＯ2 、ＭｇＦ2 膜を示す。耐久結果の評価基準
は、４５℃、９５％の相対湿度の環境下で５００時間の
放置後のテストの結果、透過率変化の無いものを◎印、
可視域の平均透過率変化が２％未満のものを○印、更に
可視域の平均透過率変化が２％以上のものを△印とし
た。なお、１５０℃で形成したものにおいては、ＳｉＯ
2 膜を使用したものを除いてわずかではあるが微小な斑
点状の外観変化を生じるものがあった。耐久性の実用的
な必要度は用途、使用環境によって異なるため定かでは
無いが、表２においては○印以上のものがより好まし
く、ＮＤフィルタ−の経時的な安定性をえるためには、
吸収膜そのものが安定であることと同時に、誘電体膜が
密度のの高い保護膜として作用することが重要であり、
加熱温度としては１５０℃以上、誘電体膜としては最終
層を除いてＳｉＯ2 膜、Ａｌ2 Ｏ3 膜を使用するのが好
ましい。
【００４２】
【表２】
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、従来の単一金属膜を使
用した薄膜型ＮＤフィルタ−に比較して、２種類以上の
吸収を有する金属酸化物を用いることにより、目標特性
に対する設計・製造の自由度を飛躍的に増加させてい
る。特には、透過率の波長依存性の異なる材料から形成
される膜を用い、可視域で各種平坦な透過率特性、及び
反射防止特性を従来より優れた仕様で実現している。更
には、金属酸化物を用いることにより、金属膜と誘電体
膜で構成されるＮＤフィルタ−の製造上の難点である膜
厚制御性、再現性を向上させている。又、２種類以上の
混合材料から安定した混合吸収膜を形成できることを利
用し、単一材料からなる吸収膜及び混合吸収膜形成時に
真空中での分光透過率強度を観測し膜厚制御することに
より、優れた透過率特性を有するＮＤフィルタ−の製造
方法を提供している。更に、製造条件を最適化すること
により、耐久性を向上させることが可能となり、両面に
ＮＤ膜を形成した反射防止効果により優れる薄膜型ＮＤ
フィルタ−を提供している。
用した薄膜型ＮＤフィルタ−に比較して、２種類以上の
吸収を有する金属酸化物を用いることにより、目標特性
に対する設計・製造の自由度を飛躍的に増加させてい
る。特には、透過率の波長依存性の異なる材料から形成
される膜を用い、可視域で各種平坦な透過率特性、及び
反射防止特性を従来より優れた仕様で実現している。更
には、金属酸化物を用いることにより、金属膜と誘電体
膜で構成されるＮＤフィルタ−の製造上の難点である膜
厚制御性、再現性を向上させている。又、２種類以上の
混合材料から安定した混合吸収膜を形成できることを利
用し、単一材料からなる吸収膜及び混合吸収膜形成時に
真空中での分光透過率強度を観測し膜厚制御することに
より、優れた透過率特性を有するＮＤフィルタ−の製造
方法を提供している。更に、製造条件を最適化すること
により、耐久性を向上させることが可能となり、両面に
ＮＤ膜を形成した反射防止効果により優れる薄膜型ＮＤ
フィルタ−を提供している。
【図１】 透過率の膜厚依存性
【図２】 ＴｉＯ膜の光学定数
【図３】 ＴｉＯ膜の透過率特性
【図４】 Ｔｉ2 Ｏ3 膜の光学定数
【図５】 Ｔｉ2 Ｏ3 膜の透過率特性
【図６】 ＴｉＯ、Ｔｉ2 Ｏ3 、混合膜の構成例
【図７】 誘電体膜との積層例
【図８】 ＮＤフィルタ−の形状例
【図９】 蒸着装置の模式図
【図１０】 実施例１の分光特性
【図１１】 実施例２の分光特性
【図１２】 実施例３の分光特性
１ 基板 ２ ＴｉＯ ３ Ｔｉ2 Ｏ3 ４ 混合膜 ５ 誘電体膜 ６ 吸収膜 ９１ 真空装置本体 ９２ 排気口 ９３ 蒸発源 ９４ 加熱ヒ−タ− ９５ 透過用光源 ９６ 反射用光源 ９７ 受光部 ９８ 基板 ９９ モニタ−
Claims (10)
- 【請求項１】 透過光量を減衰させる薄膜型ＮＤフィル
タ−において、透明基板面上に可視域の波長域で屈折率
ｎと消衰係数ｋが１．０から３．０の範囲にある２種以
上の金属酸化物を用いて構成することにより、平坦な透
過率特性を有することを特徴とする薄膜型ＮＤフィルタ
−。 - 【請求項２】 前記２種類以上の金属酸化物は、チタン
酸化物の組み合わせであることを特徴とする請求項１の
薄膜型ＮＤフィルター。 - 【請求項３】 前記金属酸化物を含む、２層以上の多層
膜反射防止にすることにより、ＮＤフィルターの表面反
射特性及び裏面反射特性を低減したことを特徴とする請
求項１の薄膜型ＮＤフィルター。 - 【請求項４】 前記多層反射防止膜の高屈折率層とし
て、金属酸化物を使用していることを特徴とする請求項
３の薄膜型ＮＤフィルター。 - 【請求項５】 前記多層反射防止膜の誘電体層としてＡ
ｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2，ＭｇＦ2 から選ばれた材料を用
い、空気側に接する最終層がＭｇＦ2 層であることを特
徴とする請求項４の薄膜型ＮＤフィルタ−。 - 【請求項６】 前記透明基板面の両側に多層反射防止膜
を形成することにより該透明基板の両面の反射特性を低
減したことを特徴とする請求項４の薄膜型ＮＤフィルタ
ー。 - 【請求項７】 前記金属酸化物は厚さにおおじて透過率
の傾きが短波長と長波長で各々異なる金属酸化物である
薄膜型ＮＤフィルター。 - 【請求項８】 透過光量を減衰させる薄膜型ＮＤフィル
タ−において、透明基板面上に可視域の波長域で屈折率
ｎと消衰係数ｋが１．０から３．０の範囲にある２種以
上の金属酸化物を用いて構成することにより、平坦な透
過率特性を得る際、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，ＭｇＦ2 か
ら選ばれた材料を用い、空気側に接する最終層がＭｇＦ
2 層である多層反射防止膜の誘電体層を前記透明基板の
温度が１５０℃以上として成膜したことを特徴とする薄
膜型ＮＤフィルターの製造方法。 - 【請求項９】 前記多層反射防止膜のうち、一つの高屈
折率層を形成する場合に２種類以上の材料からなる混合
材料を用いて成膜することを特徴とする請求項８の薄膜
型ＮＤフィルタ−の製造方法。 - 【請求項１０】 真空中で前記多層反射防止膜の分光反
射率、透過率を測定しながら該多層反射防止膜を形成
し、測定値にもとずき形成中の高屈折率層、又は次の形
成予定の高屈折率層の材料の選択及び膜厚制御を行うこ
とを特徴とする請求項８又は９の薄膜型ＮＤフィルタ−
の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23409893A JP3359114B2 (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | 薄膜型ｎｄフィルター及びその製造方法 |
| US08/651,512 US5715103A (en) | 1993-08-26 | 1996-05-22 | Neutral density (ND) filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23409893A JP3359114B2 (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | 薄膜型ｎｄフィルター及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0763915A true JPH0763915A (ja) | 1995-03-10 |
| JP3359114B2 JP3359114B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=16965597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23409893A Expired - Lifetime JP3359114B2 (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | 薄膜型ｎｄフィルター及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5715103A (ja) |
| JP (1) | JP3359114B2 (ja) |
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