(57)【要約】【課題】クラックの発生を抑制することができ、各濃度において分光特性がフラットで、光量の均一性の向上を図ることが可能となるグラデーション濃度分布を有するＮＤフィルタの製造方法、ＮＤフィルタ、光量絞り装置、該光量絞り装置を有するカメラを提供する。【解決手段】プラスチック基材に膜を積層することによって段階的な濃度分布を形成し、透過光量を変えるようにしたＮＤフィルタの製造方法またはＮＤフィルタにおいて、前記プラスチック基材として、二軸延伸で製造され、縦延伸方向と横延伸方向の両方向に収縮する特性を有するプラスチック基材を用いる。その際ＴＭＡ測定において常温から１５０℃の温度範囲で、縦延伸方向と横延伸方向の両方向に０．２５％収縮する特性を有するプラスチック基材を用いることが望ましい。【選択図】            図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック基材に膜を積層することによって段階的な濃度分布を形成し、透過光量を変えるようにしたＮＤフィルタの製造方法において、
前記プラスチック基材として、二軸延伸で製造され、縦延伸方向と横延伸方向の両方向に収縮する特性を有するプラスチック基材を用いることを特徴とするＮＤフィルタの製造方法。
【請求項２】
前記プラスチック基材が、ＴＭＡ測定において常温から１５０℃の温度範囲で、縦延伸方向と横延伸方向の両方向に０．２５％収縮する特性を有することを特徴とする請求項１に記載のＮＤフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記プラスチック基材への膜の積層が、１１０℃〜１５０℃の温度範囲で行われることを特徴とする請求項２に記載のＮＤフィルタの製造方法。
【請求項４】
プラスチック基材に膜を積層することによって段階的な濃度分布を形成し、透過光量を変えるようにして成膜されたＮＤフィルタにおいて、
前記プラスチック基材が、二軸延伸で製造され、縦延伸方向と横延伸方向の両方向に収縮する特性を有するプラスチック基材で構成されていることを特徴とするＮＤフィルタ。
【請求項５】
前記プラスチック基材が、ＴＭＡ測定において常温から１５０℃の温度範囲で、縦延伸方向と横延伸方向の両方向に０．２５％収縮する特性を有することを特徴とするＮＤフィルタ。
【請求項６】
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た開口内の少なくとも一部に配置される光量調整のためのＮＤフィルタとを備えた光量絞り装置において、
前記ＮＤフィルタが、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＮＤフィルタの製造方法、または請求項４〜５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。
【請求項７】
光学系と、該光学系を通過する光量を制限する請求項６に記載の光量絞り装置と、該光学系によって形成される像を受ける固体撮像素子を有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＤフィルタの製造方法、ＮＤフィルタ、光量絞り装置、該光量絞り装置を有するカメラに関し、特にビデオカメラあるいはスチルビデオカメラ等の撮影系に使用するのに適したＮＤフィルタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
濃度が連続的に変化するＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタは、例えば、表示パネルの濃度分布を補正する補正板として、あるいは顕微鏡等に光を供給する光量調整用のフィルタとして使用され、また近年ではマイクロレンズアレイ作製用のフォトマスクに使用される等、多岐の分野で用いられている。
【０００３】
以下に、光量絞りに用いられるＮＤフィルタの例について説明する。
光量絞りは銀塩フィルムあるいはＣＣＤ等への固体撮像素子へ入射する光量を制御するため、撮影光学系の光路中に設けられており、被写界が明るい場合に光量をより小さく絞り込まれるように構成されている。
従って、快晴時や高輝度の被写界を撮影すると絞りは小絞りとなり、絞りのハンチング現象や光の回折の影響も受け易く、像性能の劣化を生じる。
これに対する対策として、絞り羽根にフィルム状のＮＤフィルタを取り付けて被写界の明るさが同一でも絞りの開口が大きくなる様な工夫がされている。
【０００４】
近年、撮像素子の感度が向上するに従い、前記ＮＤフィルタの濃度を濃くして、光の透過率をさらに低下させ、被写界の明るさが同一でも絞りの開口を大きくする様な工夫がなされてきている。しかしながら、この様にＮＤフィルタの濃度が濃くなると、図１７に示す様にフィルムを通過した光ａと通過しない光ｂの光量差が大きく異なり、画面内で明るさが異なる“シェーディング”現象が起きたり、解像度が低下してしまうという欠点がある。この欠点を解決するためにＮＤフィルタの濃度を光軸中心に向かって順次透過率が大となる様な構造を取る必要が出てきている。
【０００５】
因みに図１７で６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは撮影光学系６を構成するレンズ、７は固体撮像素子で８はローパスフィルタである。また１１から１４は絞り装置で、１１がＮＤフィルタ、１２と１３が対向的に移動する絞り羽根で、２枚の絞り羽根は略菱形の開口を形成する。ＮＤフィルタは普通、絞り羽根に接着されている。１４は絞り羽根支持板である。
【０００６】
一般的にＮＤフィルタの作製方法としては、フィルム状をなす材料（セルロースアセテート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、塩化ビニル等）中に光を吸収する有機色素または顔料を混ぜ、練り込むタイプのものと、前記材料に光を吸収する有機色素または顔料を塗布するタイプのものがある。これらの製造方法では、濃度が均一なフィルタは作製可能であるが、濃度が変化するタイプのフィルタ（グラデーションフィルタ）は作製が著しく困難である。
【０００７】
本発明者らは、特許文献１、特許文献２、特許文献３等において、マイクロ写真法により作成した濃度が変化するタイプのフィルタの作製を提案している。これらが提案された当時のビデオカメラ等では、このような方法で作成されたＮＤフィルタによって画質の向上が図られたが、近年のＣＣＤの更なる高感度化、小型化、高画質対応により特に特殊条件での使用（例えば逆光下での小径絞り状態）においては、銀塩粒子による光の散乱の影響により画質が劣化してしまうことがある。
【０００８】
さらに、これら以外にも上記高画質対応の対策として、単一濃度のＮＤフィルタを複数の絞り羽根に接着して、駆動させることにより、単一濃度フィルタでも複数重なった部分と重ならない部分とから、濃度変化させることは可能である。しかしながら、この方法ではＮＤフィルタの枚数が増えることによりコスト高となり、あるいは絞り羽根に複数枚ＮＤフィルタが存在することによって厚くなり、近年の小型・省スペース化に対応できない等の欠点がある。
【０００９】
このようなことから、例えば特許文献４などにおいて、真空蒸着法やスパッタ法などにより、基板上に薄膜を形成し、その積層される薄膜の膜厚分布の一部を順次厚くなるように、若しくは順次薄くなるように制御し、あるいは吸収係数を順次小となるように、若しくは順次大となるように制御し、グラデーション濃度分布を有するＮＤフィルタを作製する方法が提案されている。
一方、特許文献５には、クラックを生じることのない高品質の反射防止の光吸収膜が開示されている。
【特許文献１】特許第２７５４５１８号公報
【特許文献２】特許第２７７１０７８号公報
【特許文献３】特許第２７７１０８４号公報
【特許文献４】特開２００４−１１７４６７号公報
【特許文献５】特開平５−９３８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献４などにおいては、プラスチック材料のシート上にＮＤ膜を数回成膜することで、グラデーション濃度分布を有するＮＤフィルタが作製されるが、その際ＮＤ膜を数回重ねることで膜全体は厚くなり、膜の応力やプラスチック材料の伸縮によりクラックが発生し易くなる。
上記した特許文献５にはクラックを生じることのない高品質の反射防止の光吸収膜が開示されているが、この方法は単濃度においてクラックを生じないようにしたものであり、そこにはグラデーション濃度分布を有するＮＤフィルタにおいて、クラックを生じないようにすることについて何ら開示されていない。また、この方法ではその実施例において明らかなように分光特性の可視光域５５０ｎｍ付近で透過率が低下することとなり、近年のＣＣＤの高感度化、小型化等の高画質化に対応するために、分光透過率をフラットにして、低反射に抑えるという要請に応える上でも問題を有している。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑み、クラックの発生を抑制することができ、各濃度において分光特性がフラットで、光量の均一性の向上を図ることが可能となるグラデーション濃度分布を有するＮＤフィルタの製造方法、ＮＤフィルタ、光量絞り装置、該光量絞り装置を有するカメラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下のように構成したＮＤフィルタの製造方法、ＮＤフィルタ、光量絞り装置、該光量絞り装置を有するカメラを提供するものである。
すなわち、本発明のＮＤフィルタの製造方法は、プラスチック基材に膜を積層することによって段階的な濃度分布を形成し、透過光量を変えるようにしたＮＤフィルタの製造方法において、前記プラスチック基材として、二軸延伸で製造され、縦延伸方向と横延伸方向の両方向に収縮する特性を有するプラスチック基材を用いることを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、プラスチック基材に膜を積層することによって段階的な濃度分布を形成し、透過光量を変えるようにして成膜されたＮＤフィルタにおいて、前記プラスチック基材が、二軸延伸で製造され、縦延伸方向と横延伸方向の両方向に収縮する特性を有するプラスチック基材で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た開口内の少なくとも一部に配置される光量調整のためのＮＤフィルタとを備えた光量絞り装置において、前記ＮＤフィルタが、上記したＮＤフィルタの製造方法、または上記した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、本発明のカメラは、光学系と、該光学系を通過する光量を制限する上記した光量絞り装置と、該光学系によって形成される像を受ける固体撮像素子を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、クラックの発生を抑制することができ、各濃度において分光特性がフラットで、光量の均一性の向上を図ることが可能となるグラデーション濃度分布を有するＮＤフィルタの製造方法、ＮＤフィルタ、光量絞り装置、該光量絞り装置を有するカメラを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、上記のような構成に特徴を有するものであるが、それは本発明者らが鋭意検討したつぎのような知見に基づくものである。
本発明者らはＮＤフィルタにおけるクラックの発生原因を明らかにするため、成膜を施すプラスチックシートとして、二軸延伸で製造され、熱応力歪測定装置による測定（以下、これをＴＭＡ測定と記す。）での熱特性結果において、縦延伸方向（ＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）；以下これをＭＤ方向と記す）と、横延伸方向（ＴＤ（Ｔｒａｖｅｒｓｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）以下これをＴＤ方向と記す。）とが異なる４サンプルを用いて成膜検討を行った。
【００１５】
成膜検討を行うに際し、まず成膜を施す装置として真空蒸着機を用いた。図１に示す
図１（ａ）にその真空蒸着機のチャンバー内の簡易図を示す。図１において１０１は蒸着傘、１０２は成膜を施す基板、１０３は蒸着源、１０４は実際に成膜を実施する基材、１０５は基材１０４を固定する為の基板治具である。
また、ここでの基板１０２とは、図１（ｂ）に示すように基板治具１０５に基材１０４がセットされた状態のものを意味している。真空蒸着法においては、図１に示すようにチャンバー内の基板は蒸着傘１０１に備え付けられ、この蒸着傘１０１と共に基板１０２を回転させて成膜を行うが、それらは一般的に知られているので、詳細な説明は省略する。
また、このような真空蒸着機によりプラスチックシート上に成膜を施す方法としては、プラスチックシートの片面に３回ＮＤを成膜するパターンと両面にＮＤを成膜するパターンなど、成膜構成はいろいろとあるが、ここでは片面に１回成膜し、もう一方の面に２回成膜して３濃度の膜構成のものを成膜し、ＮＤ膜が３回重なった部分のクラックを評価した。
このような濃度の膜構成を図２及び図３に示す。また、図４から図７に、上記４つのサンプルのプラスチックシートに対するＴＭＡ結果と、これらのプラスチックシートに３濃度グラデーションＮＤを成膜した時、最もクラックが発生する図２に示すＤ１．５部分を、顕微鏡（×３６）にて観察した時の写真を示す。
【００１６】
つぎに、これらの４サンプルの成膜検討について、具体的に説明する。
まず、図４に示すシート１のサンプルについては、ＴＭＡ測定において常温から１５０℃の温度範囲で、ＭＤ方向とＴＤ方向の両方向に０．２５％収縮する特性を有する、厚み７５μｍのプラスチックフィルムを用い、このプラスチックフィルム上に上記した３濃度の膜を成膜した。
上記シート１のサンプルにおいては、成膜温度付近１１０℃〜１５０℃の環境下において成膜された膜では、顕微鏡倍率×３６で観察しても殆どクラックが見られない結果が得られた。
【００１７】
つぎに、図５に示すシート２のサンプルについては、ＴＭＡ測定において常温から１５０℃の温度範囲で、ＭＤ方向に０．２５％縮み、ＴＤ方向に０．５％延びる特性を有する、厚み７５μｍのプラスチックフィルムを用い、このプラスチックフィルム上に上記した３濃度の膜を成膜した。
上記シート２のサンプルにおいては、ＭＤ方向の一方だけに多くのクラックが入る結果が得られた。これは蒸着膜とプラスチックフィルム間における真応力・熱応力・外部応力の関係で考えると、加熱成膜中にＴＤ方向が引っ張り応力になり、成膜終了後チャンバーがリークして大気開放間にプラスチックシートが圧縮応力に変化することで、ＭＤ方向にクラックが生じると推測される。
【００１８】
つぎに、図６に示すシート３のサンプルについては、ＴＭＡ測定において３５℃〜１７０℃の温度範囲で、ＭＤ方向とＴＤ方向の両方向に０．２５〜０．５％膨張する特性を有する、厚み７５μｍのアニール処理したプラスチックフィルムを用い、このプラスチックフィルム上に上記した３濃度の膜を成膜した。
上記シート３のサンプルにおいては、ＭＤ方向とＴＤ方向の両方向にクラックが入る結果が得られた。これは上記シート２の場合と同様、プラスチックフィルムと蒸着膜間の応力により、成膜終了時から大気開放までの間にフィルムが引っ張り応力から圧縮応力に変化することによるものと推測される。
【００１９】
つぎに、図７に示すシート４のサンプルについては、シート３よりも更に膨張が大きい、ＴＭＡ測定において３５℃〜１７０℃の温度範囲で、ＭＤ方向とＴＤ方向の両方向に１２．５％膨張する特性を有する、厚み７５μｍのプラスチックフィルムを用い、このプラスチックフィルム上に上記した３濃度の膜を成膜した。
上記シート４のサンプルにおいては、上記シート３よりも縦横のクラックが細かく入り、亀裂も深くなる結果が得られた。また、これによるとプラスチックシート全体も大きく反る傾向がある。
【００２０】
以上の４サンプルの成膜検討の結果から、図８に示されるように、熱によるプラスチックシートの伸縮特性と、蒸着膜が成膜された時のシートと蒸着膜間の応力関係によって、クラックの入り方に特徴がみられ、収縮シートに蒸着膜を成膜した場合にはクラックは生じにくく、膨張シートに蒸着膜を成膜した場合にはクラックが入り易くなることが明らかとなった。
これらは、成膜から大気開放時までのシート形状の変化を捉えてみた場合、成膜中から成膜終了を経て大気開放までの間に、プラスチックシートに働いている応力が逆方向に反転して働く際の応力変化により、プラスチックシートの反りが反対になることによってクラックが生じるものと推測される。
【００２１】
以上の現象を図９を用いて、さらに説明する。
まず、図９に示す収縮基板についてみると、収縮基板に蒸着膜を成膜した場合、成膜中は１００℃付近において全体が真応力・熱応力により膜面を凸にして圧縮応力がだんだん大きくなっていく。そして成膜終了後から大気開放までの間に外部応力がかかるが、圧縮応力のままとなるので膜にクラックは生じない。
これに対して、膨張基板に蒸着膜を成膜した場合、成膜中は全体が真応力・熱応力により膜面を凹にして引っ張り応力が大きくなっていく。そして成膜終了後から大気開放までの間に外部応力が生じ圧縮応力に変化する。この応力変化により基板の反りが反対になる時にクラックが生じるものと推測される。
外部応力により引っ張り応力から圧縮応力だけでなく、圧縮応力から引っ張り応力に変化した場合も同様のことが言える。
【００２２】
本発明はこのような知見に基づき、ＭＤ方向とＴＤ方向の両方向に収縮するプラスチックフィルムを用いることで、クラックを発生させることなく成膜するようにしたものである。なお、以上の説明においては、ＮＤフィルタに成膜を実施する方法として真空蒸着法を用いた場合を説明したが、本発明は真空蒸着法に限らずターゲットから基板に到達した遮光材を該基板に付着させるようにするスパッタリング法、スプレー法、あるいはインクジェットプリンティング法等も適用することができるものである。なお、これらの成膜法は一般的に知られているため、ここではその説明は省略する。
【実施例】
【００２３】
つぎに、本発明の実施例について説明する。
本実施例は、上記した本発明及び実施の形態をＮＤフィルタの製造方法に適用したものである。
成膜には図１に示されるような真空蒸着機を用いた。このような真空蒸着法を選択したのは、膜厚を比較的容易に制御でき、かつ可視域の波長域で散乱が非常に小さいことからである。
プラスチックシートとしては、厚さ７５μｍのプラスチック基材（ＰＥＴ基材）で、耐熱性（ガラス転移点Ｔｇ）が高く、可視域の波長域で透明性が高く（ヘイズ値は低い）、また吸水率が低い特性を持つものを選択した。
さらに、本実施例では、このプラスチックシートとして、二軸延伸で製造され、ＴＭＡ測定結果において常温から１５０℃の温度範囲で、ＭＤ方向とＴＤ方向の両方向に０．２５％収縮する特性を有するものを用いた。
【００２４】
膜構成は図１０に示すように、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＸＯＹを交互に積層していき、最表層にＭｇＦ２で成膜して７層を重ね、これを単濃度Ｄ＝０．５とする。本実施例ではこのＤ＝０．５の膜を、図２及び図３に示すように１枚のシートの片面に１回成膜し、もう一方の面に２回成膜したＤ＝０．５、１．０、１．５の３濃度の膜を成膜し、クラックの無いグラデーションＮＤフィルタを作製した。
ＮＤ成膜後は、１１０℃で１時間、空気中で熱処理を行った。１１０℃を選んだのは、１００℃未満では環境安定性向上の効果が不十分であり、１５０℃を超えると基材の熱的劣化を生じて、膜にクラックが発生する等の問題が発生することによる。熱処理の温度は、１１０℃から１５０℃の間が適当である。
【００２５】
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で同様の環境試験を行ったところ、試験前後での透過率を測定すると２％前後増加していた。
このような現象が起きる要因としては、真空蒸着時の基板温度が低いことが挙げられる。膜の封止密度は成膜時の基板温度が大きく影響し、温度が低いと封止密度が低くなり、水分・酸素等を透過しやすく、そのため吸収膜であるＴｉＸＯＹ自体の酸化が促進されること、及びそれを保護するＡｌ２Ｏ３膜等の誘電体膜の保護効果が少ないことの両方の影響から透過率が上昇するものと考えられる。熱処理を行うと環境安定性が向上するのは、エージング効果であると考えられる。通常、ガラス基板を用いる場合、基板温度は２００℃〜２５０℃、望ましくは３００℃前後まで加熱して成膜する。
【００２６】
このようにして作製された３濃度のＮＤフィルタ、すなわちＮＤが３回重なった部分（図２のＤ＝１．５）のクラックを評価した。
その結果、図４に示す成膜温度付近１１０℃〜１５０℃の環境下において成膜された膜では、顕微鏡倍率×３６で観察しても殆どクラックが見られない結果が得られた。
【００２７】
また、本実施例によると分光特性がフラットで、反射率も低反射に抑えられているＮＤフィルタが得られた。
本実施例によるグラデーションＮＤフィルタの各濃度における透過率と反射率を図１１〜図１６に示す。
Ｄ＝０．５膜（図１１、図１２）においては、透過率は可視光線域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）でフラットな分光特性になっており、反射率も同可視光線域で３％未満の低反射に抑えられている。
Ｄ＝１．０膜（図１３、図１４）においては、１層Ｄ＝０．５が２層重なる部分で、最表層が反射率を抑えるＭｇＦ２ではなく、Ａｌ２Ｏ３となっている。しかしながら同様に透過率はフラットな分光特性であり、反射率も３％未満である。Ｄ＝１．５膜（図１５、図１６）においても、透過率・反射率共にＤ＝０．５・１．０と同様な分光特性である。
【００２８】
本実施例によれば、このようにＮＤフィルタの透過率をフラットにすることができ、近年のＣＣＤの高感度化や小型化等の高画質化への対応が可能となると共に、グラデーションＮＤフィルタにおいて最も膜厚が厚くなりクラックが生じ易いポイントであるＮＤが３回重なった部分（図２のＮＤ１．５）でのクラックの発生を抑制することが可能となる。なお、本実施例では、プラスチック基材として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基材を用いたが、本発明はこのような基材に限定されるものではなく、セルロースアセテート、ＰＥＮ等のプラスチック基材にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態を説明する真空蒸着機におけるチャンバー内の構成を示す簡易図。
【図２】本発明の実施の形態を説明する３濃度成膜構造の側面図。
【図３】本発明の実施の形態を説明する３濃度成膜構造の上面図。
【図４】本発明の実施の形態を説明するシート１におけるＴＭＡ測定結果によるグラフ及び蒸着によるクラック写真。
【図５】本発明の実施の形態を説明するシート２におけるＴＭＡ測定結果によるグラフ及び蒸着によるクラック写真。
【図６】本発明の実施の形態を説明するシート３におけるＴＭＡ測定結果によるグラフ及び蒸着によるクラック写真。
【図７】本発明の実施の形態を説明するシート４におけるＴＭＡ測定結果によるグラフ及び蒸着によるクラック写真。
【図８】本発明の実施の形態を説明するシートの伸縮とクラックの関係を表わしたグラフ。
【図９】本発明の実施の形態を説明する成膜時の応力変化を示す図。
【図１０】本発明の実施例によって作製される蒸着ＮＤフィルタの膜構成を示す図。
【図１１】本発明の実施例によるＤ＝０．５の分光透過率を表わしたグラフ。
【図１２】本発明の実施例によるＤ＝０．５の分光反射率を表わしたグラフ。
【図１３】本発明の実施例によるＤ＝１．０の分光透過率を表わしたグラフ。
【図１４】本発明の実施例によるＤ＝１．０の分光反射率を表わしたグラフ。
【図１５】本発明の実施例によるＤ＝１．５の分光透過率を表わしたグラフ。
【図１６】本発明の実施例によるＤ＝１．５の分光反射率を表わしたグラフ。
【図１７】従来例におけるビデオカメラに使用される撮影光学系を表した図。
【符号の説明】
【００３０】
１０１：蒸着傘
１０２：基板
１０３：蒸着源
１０４：基材
１０５：基板治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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