JP4963028B2 - Ndフィルタ、該ndフィルタによる光量絞り装置 - Google Patents
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Description
したがって、快晴時や高輝度の被写界を撮影する際、絞りは小絞りとなり、絞りのハンチング現象や光の回折現象などの影響も受け易く、像性能の劣化を生じる。
これに対する対策として、絞りの近傍にND(Neutral Density)フィルタを配置するか、若しくはNDフィルタを絞り羽根に直接貼り付ける事で光量の制御を行う。そして、被写界の明るさが同一であっても、より絞りの開口が大きくできる様な工夫がなされている(例えば、特許文献1参照)。
従来において、NDフィルタには、
1)可視光を吸収する有機色素または顔料をガラスやプラスチックなどの基材に混入するタイプのもの、
2)可視光を吸収する有機色素または顔料をガラスやプラスチックなどの基板上に塗布するタイプのもの、
3)ガラスやプラスチックなどの基板上に薄膜を形成し、可視光を反射若しくは吸収するタイプのもの、
等が知られている。
したがって、人とほぼ同じ働きに至るまでには、いくつかの光学的な加工が必要となってくる。
その一つとして、色再現に必要な光波長域のみを固体撮像素子表面に到達させる事が挙げられる。
これは、必要とする波長領域が人間の視感波長領域のみであるにも関わらず、固体撮像素子自体が近赤外領域にまで高い感度を持つためである。
何の加工もせずに固体撮像素子に光を入射させると、近赤外域に高い感度をもったまま信号処理を行う事になり、光量調整、色バランス調整が適切にできなくなってしまう。
したがって、光が赤外カットフィルタを通過すること無くNDフィルタのみを通過して固体撮像素子に入射した場合、前記した絞りのハンチング現象や光の回折現象などによる画像の劣化は改善される。しかし、赤外光は透過してしまい、実際に人が目で見るときの視感度とは異なる画像を映し出してしまう。
このような赤外線カットフィルタには、
1)近赤外線吸収物質をガラスやプラスチックなどの基材に混入させるタイプのもの、
2)近赤外線吸収物質をガラスやプラスチックなどの基板上に塗布するタイプのもの、
3)ガラスやプラスチックなど基板上に薄膜を形成し、近赤外光を反射若しくは吸収するタイプのもの、
等が知られている。
また、一般的に近赤外光ほどではないが、固体撮像素子は紫外領域にも感度を持っている。
したがって、上記したように、光がNDフィルタのみを通過して固体撮像素子に入射した場合、前記した絞りのハンチング現象や光の回折現象などによる画像の劣化は改善される。しかし、紫外光は透過してしまい、実際に人が目で見るときの視感度とは異なる画像を映し出してしまう。
このような紫外線カットフィルタには
1)紫外線吸収物質をガラスやプラスチックなどの基材に混入させるタイプのもの、
2)紫外線吸収物質をガラスやプラスチックなどの基板上に塗布するタイプのもの、
3)ガラスやプラスチックなど基板上に薄膜を形成し、紫外光を反射若しくは吸収するタイプのもの、
等が知られている。
また、近年では真空蒸着法やスパッタ法などにおける薄膜生成方法の精度向上に伴い、ガラスやプラスチックなどの基板上に近赤外波長領域と紫外波長領域との透過を同時に制限する薄膜を形成する事も可能となっている(例えば、特許文献4参照)。
したがって、可視波長域での透過を抑え、同時に近赤外波長域での透過と紫外波長域での透過を制限するためには、従来ではNDフィルタと赤外光カットフィルタ及び紫外光カットフィルタとをそれぞれ独立して構成することが必要であった。
また、前述した真空蒸着法などにより基板上に近赤外波長領域と紫外波長領域との透過を同時に制限する薄膜を形成するようにしたものにおいても、NDフィルタと近赤外光及び紫外光を同時に抑制するフィルタとを独立して構成することが必要であった。
本発明のNDフィルタは、透過光量を調節するNDフィルタであって、
近赤外波長域の光の透過光量を抑制する特性を有する基板と、
該基板上の少なくとも一方の面の全面に形成された紫外波長域の光の透過光量を抑制する特性を有する紫外線カット膜と、
該基板上の一部に形成された可視域の光の透過を減衰する特性を有するNDフィルタ膜と、を有することを特徴としている。
また、本発明のNDフィルタは、前記基板が、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴としている。
また、本発明のNDフィルタは、前記基板のいずれか一方の面側に前記紫外線カット膜が形成され、他方の面側に前記NDフィルタ膜が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のNDフィルタは、前記基板の両面側に前記紫外線カット膜が形成され、前記基板のいずれか一方の面側に前記NDフィルタ膜が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のNDフィルタは、前記基板の両面側に、前記紫外線カット膜と前記NDフィルタ膜が形成されていることを特徴としている。
また、本発明のNDフィルタは、前記NDフィルタ膜が、単濃度、多濃度、グラデーションのいずれかの濃度分布を有していることを特徴としている。
また、本発明のNDフィルタは、前記NDフィルタ膜が、前記基板上にAl2O3とTiXOYを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたMgF2層とによって構成されていることを特徴としている。
また、本発明のNDフィルタは、前記NDフィルタ膜が、前記基板上にAl2O3とTiXOYを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたSiO2層とによって構成されていることを特徴としている。
また、本発明のNDフィルタは、前記NDフィルタ膜が、前記基板上にSiO2とTiXOYを交互に積層して形成された多層膜によって構成されていることを特徴としている。
また、本発明の光量絞り装置は、相対的に駆動されて絞り開口の大きさを可変する複数の絞り羽根と、該絞り羽根により形成される開口内の少なくとも一部に配置されたNDフィルタを有する光量絞り装置において、
前記NDフィルタが、上記したいずれかに記載のNDフィルタによって構成されていることを特徴としている。
また、これにより、カメラなどにおける撮像系の構成の簡易化を図ることが可能となる。
本実施の形態において、基板には近赤外波長領域における光の透過を5%以下程度にカットする事ができる赤外カットガラス、若しくはプラスチック製赤外カットフィルタが用いられる。
ここで、近赤外領域とは700nmから1100nmの光波長領域を示している。
また、ここで述べているプラスチック製赤外カットフィルタとは、高濃度の銅イオンなどを含有し生成された樹脂基板であり、十分に近赤外領域の透過を抑える事ができるフィルタの事である。
すなわち、積層される材料やカット波長により多少の前後はあるが、赤外カットフィルタとして形成される薄膜の層数及びトータル膜厚が最も大きい値になる。これは、阻止帯域が前記した3種類のフィルタの中で最も長波長側であり、且つ広域である事などが理由である。
以上のことから、ここで前記した3種のフィルタの組み合わせからなる積層構造を想定した場合、基板に赤外カットの性質を持たせた基材による構成とした場合、基板上に積層される膜厚が最も薄く、層数の最も少ない構成とすることが可能となる。
すなわち、基板に用いられる基材に赤外カットの性質を持たせ、この基板にNDフィルタと紫外線カットフィルタを薄膜として形成した場合が、最も基板上に積層される膜厚が薄く、層数の少ない構成とすることができる。
すなわち、透過光量を調節するNDフィルタを構成するに当たり、近赤外波長域の光に対し、可視波長域と比較して低透過の特性を備えた基板に、
紫外波長域の光に対し、可視波長域と比較して低透過の特性を備えた膜と、可視域の透過を減衰する特性を備えた膜と、が形成される構成とした。
これにより、可視光の透過と共に近赤外光及び紫外光を、可視光と比較し透過光量を抑制、あるいはカットすることが可能となる。
本発明は、上記したとおり紫外線カット膜は基板上の少なくとも一方の面の全面に形成され、またNDフィルタ膜は基板上の一部に形成されたものであるが、参考例においてはNDフィルタ膜が基板上の全面に形成されている。
これらの図において、1は赤外カットガラスやプラスチック製赤外カットフィルタ等による赤外カット基板、2はNDフィルタ膜、3は紫外線カット膜である。図1にNDフィルタの第1の膜構成例を、また図2にNDフィルタの第2の膜構成例を示す。
例えば、図1に示すように、真空蒸着法によって、赤外カット基板1上に、紫外線カット膜3が生成され、この紫外線カット膜3上にNDフィルタ膜2が生成された第1の膜構成を採ることができる。
また、図2に示すように、真空蒸着法によって、赤外カット基板1上に、NDフィルタ膜2が生成され、このNDフィルタ膜2上に紫外線カット膜3が生成された第2の膜構成を採ることができる。
例えば、図3に示すように、NDフィルタ膜2と紫外線カット膜3とを赤外カット基板1の両面にそれぞれ配置した第3の膜構成例を採ることができる。
また、図4、図5に示すように、膜厚全体の大きい割合を占める事が予想される紫外線カット膜3を赤外カット基板1の両面に配置し、その片面にNDフィルタ膜2を配置した構成を採ることができる。
例えば、図4に示すように、紫外線カット膜3をNDフィルタ膜2よりも赤外カット基板1側に形成した第4の膜構成を採ることができる。
また、図5に示すように、NDフィルタ膜2を、紫外線カット膜3よりも赤外カット基板1側に形成した第5の膜構成を採ることができる。
また、以上の他に、図6、図7、図8に示すように紫外線カット膜3及びNDフィルタ膜2をそれぞれ赤外カット基板1の両面に配置するようにしてもよい。
例えば、図6に示すように、赤外カット基板1の両面に紫外線カット膜3を配置し、この紫外線カット膜3上にNDフィルタ膜2を形成した第6の膜構成を採ることができる。
また、図7に示すように、赤外カット基板1の一方片面に配置した紫外線カット膜3上にNDフィルタ膜2を形成すると共に、赤外カット基板1の他方片面に配置したNDフィルタ膜2上に紫外線カット膜3を形成した第7の膜構成を採ることができる。
また、図8に示すように、赤外カット基板1の両面にNDフィルタ膜2を配置し、このNDフィルタ膜2上に紫外線カット膜3を形成した第8の膜構成を採ることができる。
このような濃度分布を得る構成例としては、例えば、図9に示すように全面が均一な透過光量である単濃度膜を形成する構成を採ることができる。
また、図10に示すように、同一基板上に数種類の異なる濃度をもつ多濃度膜を形成する構成を採ることができる。
さらに、図11に示すように、濃度が連続的に変化するグラデーション濃度膜を形成する構成を採ることができる。
また、多濃度やグラデーション濃度においては、濃度パターンもまた、用途や仕様によって様々の形態を採ることができる。
また、所望するカット波長も様々であり、例えば、紫外光であればカットする波長領域が430nm以下であったり450nm以下であったりすることとなる。同様に、近赤外光をカットする波長が680nm以上であったり、720nm以上であったりして、固体撮像素子の仕様や画像処理の仕様などによって、様々な形態が採られることとなる。
特に、以上の説明では、赤外カットガラス、若しくはプラスチック製赤外カットフィルタにND膜及び紫外線カット膜を生成する方法として真空蒸着法を用いた場合について説明したが、本発明はこのような成膜法に限られるものではない。例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、IAD法等も適用することができるものであるが、これらの成膜法は一般的に知られているため、ここでは説明を省略する。
[実施例1]
実施例1として、本発明を適用し赤外吸収ガラスにNDフィルタ膜及び紫外線カット膜を積層して作製したNDフィルタについて説明する。
本実施例の基板には、図12に示すように、約700nmから1100nmの波長域において5%以下の透過率を有する特性を備え、近赤外領域における光の透過をほぼカットできる赤外吸収ガラスを使用した。
この赤外吸収ガラスは610nm付近で50%の透過率を持ち、400nmから600nmの透過率は85%以上のものを使用した。
また、本実施例では膜構成として、図3に示す膜構成を用い、赤外吸収ガラス基板両面に、NDフィルタ膜と紫外線カット膜とを成膜した。
また、紫外線カット膜は図13に示すような15層の膜構成を採用し、200℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
この紫外線カット膜は、350nmから410nmの波長域の透過を1%以下に抑え、500nmから650nmにおける透過は90%以上の膜とした。
本実施例では、このような膜構成によるNDフィルタ膜を200℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
また、このNDフィルタ膜は、図9に示すような濃度分布を得るため、全面が均一な透過光量である単濃度膜とした。
具体的には可視波長域全域で濃度が0.5、つまり透過率が約32%の膜とした。
ここで、透過(T)と濃度(D)との関係は
D=−log10T
である。
ここで成膜に用いた真空蒸着法は、膜厚を比較的容易に制御でき、かつ散乱が非常に小さいことから、これを選択した。
NDフィルタ膜の最表層は反射防止を目的として設けた層であり、光学膜厚n×d(nは屈折率、dは機械膜厚)でλ/4 λ:540nm 成膜した。
この最表層の膜の屈折率nは可視域の波長域で1.5以下のものを選んだ。具体的にはMgF2を使用した。
430nmから600nmの波長域においては32%前後の透過率であり、700nmから1100nmの近赤外波長域においては透過率が5%以下である。
特に、700nmから1000nmの領域においては1%以下の透過率特性を有している。
さらに、350nmから410nmの紫外波長域及び可視波長域の一部においては1%以下の透過率特性を有しているNDフィルタを得る事ができた。
また、図20に示すように、NDフィルタ膜面側にNDフィルタ膜の他に透明部4を設ける事で、入射光に対して赤外線カットフィルタ及び紫外線カットフィルタの効果を常に発揮できようにすることが可能となる。
ND膜に関しては、一般的には、濃度に加え、その有無を使い分けできるような構成を採ることができる。
実施例2として、本発明を適用し赤外吸収ガラスにグラデーション濃度分布を持つND膜と紫外線カット膜とを積層して作製したNDフィルタについて説明する。
本実施例の基板には、図12に示すように、約700nmから1100nmの波長域において5%以下の透過率を有する特性を備え、近赤外領域における光の透過をほぼカットできる赤外吸収ガラスを使用した。
この赤外吸収ガラスは610nm付近で50%の透過率を持ち、400nmから600nmの透過率は85%以上のものを使用した。
また、本実施例では膜構成として、図3に示す膜構成を用い、上記赤外吸収ガラス基板両面に、NDフィルタ膜と紫外線カット膜とを成膜した。
また、紫外線カット膜は図13に示すような15層の膜構成を採用し、200℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
この紫外線カット膜は、350nmから410nmの波長域の透過を1%以下に抑え、500nmから650nmにおける透過は90%以上の膜とした。
本実施では、このような膜構成によるNDフィルタ膜を200℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
また、このND膜は、図11に示すような濃度分布を得るため、濃度が連続的に変化するグラデーション濃度膜とした。具体的には濃度が0.2から1.0、つまり透過率が約63%から約10%へと順次変化する膜とした。
ここで成膜に用いた真空蒸着法は、膜厚を比較的に容易に制御でき、かつ散乱が非常に小さいことから、これを選択した。
ここで、最表層の膜厚形状は、最表層手前までの濃度傾斜と逆テーパ状など、必要とされる仕様によっては、様々な形態を採ることが可能である。
ND膜の最表層は反射防止を目的として設けた層であり、屈折率nが可視域の波長域で1.5以下のものを選んだ。具体的にはMgF2を使用した。以上のように基板両面共に第1層から最表層まで成膜した後、200℃ 1時間 空気中で熱処理を行った。
これより、430nmから600nmの波長域においては、X1は約63%、X2は約31%、X3は約10%の透過率である。
700nmから1100nmの近赤外波長域においては、X1、X2、X3ともに透過率が5%以下であり、特に700nmから1000nmの領域においては1%以下の透過率特性を有している。
さらに、350nmから410nmの紫外波長域及び可視波長域の一部においては1%以下の透過率特性を有しているNDフィルタを得る事ができた。
また、図20に示すように、NDフィルタ膜面側にNDフィルタ膜の他に透明部を設ける事で、入射光に対して赤外線カットフィルタ及び紫外線カットフィルタの効果を常に発揮できるようにすることが可能となる。
NDフィルタ膜に関しては、一般的には、濃度に加え、その有無を使い分けできるような構成にする事ができる。
実施例3として、本発明を適用しプラスチック製赤外カットフィルタにグラデーション濃度分布をもつNDフィルタ膜と紫外線カット膜を積層して作製したNDフィルタについて説明する。
本実施例の基板には、図12に示すように、約700nmから1100nmの波長域において5%以下の透過率を有する特性を備え、近赤外領域における光の透過をほぼカットできる赤外吸収ガラスを使用した。
この赤外吸収ガラスは610nm付近で50%の透過率を持ち、400nmから600nmの透過率は85%以上のものを使用した。
また、本実施例では膜構成として、図3に示す膜構成を用い、赤外吸収ガラス基板両面に、NDフィルタ膜と紫外線カット膜とを成膜した。
また紫外線カット膜は図13に示すような15層の膜構成を採用し、120℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
この紫外線カット膜は、350nmから410nmの波長域の透過を1%以下に抑え、500nmから650nmにおける透過は90%以上の膜とした。
本実施例では、このような膜構成によるNDフィルタ膜を200℃に加熱しながら真空蒸着法により成膜した。
また、このND膜は、図11に示すような濃度分布を得るため、濃度が連続的に変化するグラデーション濃度膜とした。
具体的には濃度が0.2から1.0、つまり透過率が約63%から約10%へと順次変化する膜とした。
ここで成膜に用いた真空蒸着法は、膜厚を比較的容易に制御でき、かつ散乱が非常に小さいことから、これを選択した。
ここで、最表層の膜厚形状は、最表層手前までの濃度傾斜と逆テーパ状など、必要とされる仕様によっては、様々の形態を採ることが可能である。
ND面の最表層は反射防止を目的として設けた層であり、屈折率nが可視域の波長域で1.5以下のものを選んだ。具体的にはMgF2を使用した。以上のように基板両面共に第1層から最表層まで成膜した後、110℃ 1時間 空気中で熱処理を行った。
本実施例の条件下においては、熱処理の温度は、110℃から130℃の間が適当である。
環境安定性を調べるため、前記プラスチックNDフィルタを60℃ 85% 240時間の放置試験を行い、試験前後での透過率を測定すると、その差が0.2%以下とほとんど差は見られなかった。
参考として、熱処理を行わないものを同様な環境試験を行い、試験前後での透過率を測定すると、2%前後増加していた。
しかし、本実施例のように基板がプラスチックの場合、基板が熱収縮を起こさない温度で成膜する必要があり、その基板温度は150℃未満に制約される。
これより、400nmから600nmの波長域においては、X1は約63%、X2は約31%、X3は約10%の透過率である。
700nmから1100nmの近赤外波長域においては、X1、X2、X3ともに透過率が5%以下であり、特に700nmから1000nmの領域においては1%以下の透過率特性を有している。
さらに、350nmから410nmの紫外波長域及び可視波長域の一部においては1%以下の透過率特性を有しているNDフィルタを得る事ができた。
また図20に示すように、NDフィルタ膜面側にNDフィルタ膜の他に透明部を設ける事で、入射光に対して赤外線カットフィルタ及び紫外線カットフィルタの効果を常に発揮できるようにすることが可能となる。
NDフィルタ膜に関しては、一般的には、濃度に加え、その有無を使い分けできるような構成にする事ができる。
以上の他に適用可能なNDフィルタ膜の層構成例を図18及び図19に示す。
図18では、NDフィルタ膜が、基板上にAl2O3とTiXOYを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたSiO2層とによって構成されている。
また、図19では、NDフィルタ膜が、基板上にSiO2とTiXOYの交互層による多層膜によって構成されている。
実施例1においては、NDフィルタ膜が図18または図19に示す膜構成であっても、実施例1として前記したNDフィルタ膜とほぼ同様の透過特性を持つNDフィルタを作製する事が可能である。
また、実施例2においても、ND膜が図18または図19に示す膜構成であっても、実施例2として前記したNDフィルタ膜とほぼ同様の透過特性を持つNDフィルタを作製する事が可能である。
更に、実施例3においても、ND膜が図18または図19に示す膜構成であっても、実施例3として前記したNDフィルタ膜とほぼ同様の透過特性を持つNDフィルタを作製する事が可能である。
2:NDフィルタ膜
3:紫外線カット膜
4:透明部
Claims (10)
- 透過光量を調節するNDフィルタであって、
近赤外波長域の光の透過光量を抑制する特性を有する基板と、
該基板上の少なくとも一方の面の全面に形成された紫外波長域の光の透過光量を抑制する特性を有する紫外線カット膜と、
該基板上の一部に形成された可視域の光の透過を減衰する特性を有するNDフィルタ膜と、を有することを特徴とするNDフィルタ。 - 前記基板は、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項1に記載のNDフィルタ。
- 前記基板のいずれか一方の面側に前記紫外線カット膜が形成され、他方の面側に前記NDフィルタ膜が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のNDフィルタ。
- 前記基板の両面側に前記紫外線カット膜が形成され、前記基板のいずれか一方の面側に前記NDフィルタ膜が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のNDフィルタ。
- 前記基板の両面側に、前記紫外線カット膜と前記NDフィルタ膜が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のNDフィルタ。
- 前記NDフィルタ膜が、単濃度、多濃度、グラデーションのいずれかの濃度分布を有していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のNDフィルタ。
- 前記NDフィルタ膜が、前記基板上にAl2O3とTiXOYを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたMgF2層とによって構成されていることを特徴とする請求項6に記載のNDフィルタ。
- 前記NDフィルタ膜が、前記基板上にAl2O3とTiXOYを交互に積層して形成された多層膜と、該多層膜の最表層に形成されたSiO2層とによって構成されていることを特徴とする請求項6に記載のNDフィルタ。
- 前記NDフィルタ膜が、前記基板上にSiO2とTiXOYを交互に積層して形成された多層膜によって構成されていることを特徴とする請求項6に記載のNDフィルタ。
- 相対的に駆動されて絞り開口の大きさを可変する複数の絞り羽根と、該絞り羽根により形成される開口内の少なくとも一部に配置されたNDフィルタを有する光量絞り装置において、
前記NDフィルタが、請求項1乃至9のいずれか1項に記載のNDフィルタによって構成されていることを特徴とする光量絞り装置。
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JP2007219210A (ja) | 2007-08-30 |
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