(57)【要約】【課題】  ＮＤフィルタ及び透過光選択フィルタの成膜プロセスを簡略化して成膜プロセス時間の短縮と製品の低コスト化を可能にした光学フィルタを提供する。【解決手段】  光学フィルタ１０を構成する透明基材１２の片方の面にフィルタコート層１４を設けた。そして、このフィルタコート層１４を、可視光帯域の光線の透過率を制御するＮＤフィルタ機能と、透過される可視光線の波長を選択する透過光選択フィルタ機能とを有する構成にした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の面が平面を呈する透明基材と、
前記透明基材の平面に可視光帯域の透過率を制御するＮＤフィルタ機能と、透過される可視光の波長を選択する透過光選択フィルタ機能とを有するフィルタコート層を設けた、
ことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
前記フィルタコート層の透過光選択フィルタ機能は、高屈折率の透明誘電体材料からなる第１誘電体膜と、低屈折率の透明誘電体材料からなる第２誘電体膜とを一層以上交互に積層することで構成されることを特徴とする請求項１記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記フィルタコート層のＮＤフィルタ機能は、少なくとも一層の金属膜により構成されることを特徴とする請求項１記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記フィルタコート層の透過光選択フィルタ機能は、高屈折率の透明誘電体材料からなる第１誘電体膜と、低屈折率の透明誘電体材料からなる第２誘電体膜とを一層以上交互に積層することで構成され、前記ＮＤフィルタコート層のＮＤフィルタ機能は、少なくとも一層の金属膜により構成され、前記金属膜は前記第１誘電体膜と前記第２誘電体膜との積層構造の間に介在されていることを特徴とする請求項１記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記金属膜は前記フィルタコート層の最外層以外の前記第１誘電体膜と前記第２誘電体膜との積層構造の間に介在されていることを特徴とする請求項４記載の光学フィルタ。
【請求項６】
前記第１、第２透明誘電体は前記金属膜を構成する金属材料の酸化物であることを特徴とする請求項４記載の光学フィルタ。
【請求項７】
前記透明基材は光学レンズであり、前記フィルタコート層が形成される前記光学レンズの面は平面であることを特徴とする請求項１記載の光学フィルタ。
【請求項８】
前記透明基材の他方の面に偏光フィルムが設けられていることを特徴とする請求項１記載の光学フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型表示装置等に用いられる光学フィルタに関し、さらに詳しくは、透過率を制御するＮＤ（Neutral Density）フィルタ機能及び色選別機能（透過光選択機能）を持ったフィルタ機能を複合化してなる光学フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型カラー表示装置（プロジェクタ装置）において、スクリーン上に拡大投影される拡大映像の色バランス、すなわちＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色の色バランスをコントロールする手段として光学フィルタがあり、この光学フィルタにより、ＲＧＢそれぞれの透過光量を調節して色バランスを可能にしている（特許文献１、２，３参照）。
また、このような光学フィルタには、光線の可視スペクトル域の各波長をほぼ均一に透過するような非選択性の透過率を有するＮＤフィルタ機能と、透過光の波長（ＲＧＢの波長）を選択する透過光選択フィルタ機能が必要になる。以下、図面を参照して説明する。
【０００３】
図９は、従来における光学フィルタの構成の一例を示す模式的な断面図である。
図９に示すように、光学フィルタ９０は、別々に分離して形成された透過光選択フィルタ９１と、ＮＤフィルタ９２とを備え、これらは可視光線の光路上に配列される。
透過光選択フィルタ９１は、ガラスなどからなる平板状の透明基材９１ａと、この透明基材９１ａの一方の面に形成した透過光選択フィルタコート層９１ｂとから構成されている。
透過光選択フィルタコート層９１ｂは、可視スペクトル域の波長から、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（青）の波長に対応する領域の光を選択して透過するものであり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（青）の波長選択に適合した金属膜から構成される。
また、ＮＤフィルタ９２は、ガラスなどからなる平板状の透明基材９２ａと、この透明基材９１ａの一方の面に形成したＮＤフィルタコート層９２ｂとから構成されている。このＮＤフィルタコート層９２ｂは、誘電体膜と光吸収膜とを交互に積層されたものから構成される。
【０００４】
このような光学フィルタ９０において、透過光選択フィルタ９１に可視光線が入射されると、透過光選択フィルタコート層９１ｂはＲ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（青）の波長に対応する領域の光の１つを選択して透過する。この実施例では、Ｂ（青）の波長に対応する光が選択される。この時の透過スペクトルを図１０（Ｂ）に示す。
透過光選択フィルタ９１で選択された選択光がＮＤフィルタ９２に入射されると、この選択光の透過率はＮＤフィルタ９２によって調整される。この時の透過スペクトルを図１０（Ａ）に示す。
【０００５】
図１１は、従来における光学フィルタの構成の他の例を示す模式的な断面図である。
この図１１に示す光学フィルタ１００は、ガラスなどからなる平板状の透明基材１０１と、この透明基材１０１の光入射側の面に形成した透過光選択フィルタコート層１０２と、透明基材１０１の光出射側の面に形成したＮＤフィルタコート層１０３とから構成されている。
【０００６】
このような光学フィルタ１００において、光学フィルタ１００に入射された可視光線は透過光選択フィルタコート層１０２によりＲ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（青）の波長に対応する領域の光の１つを選択する。この実施例では、Ｂ（青）の波長に対応する光が選択される。
また、透過光選択フィルタコート層１０２で選択された選択光の透過率はＮＤフィルタコート層１０３によって調整される。この時の透過スペクトルを図１２に示す。
【０００７】
次に、上記図１１に示す光学フィルタ１００の透明基材１０１に透過光選択フィルタコート層１０２及びＮＤフィルタコート層１０３を成膜する場合の製造方法について、図１３を参照して説明する。
この光学フィルタ１００における透明基材１０１への透過光選択フィルタコート層及びＮＤフィルタコート層の成膜にはスパッタリング法が用いられる。
【０００８】
まず、スパッタリング装置を構成するチャンバー外に搬出されたキャリア上に透明基材１０１をセットし、この透明基材をキャリアごとチャンバー内に搬入する。この動作が透明基材の充填工程Ｓ１１である。この充填工程Ｓ１１に要する時間は１０〜３０分程度である。
次いで、チャンバー内に透過光選択フィルタコート層の成膜に必要な放電用ガス（例えばアルゴンなど）を導入するとともにチャンバー内を排気して真空にする。この動作が真空引き工程Ｓ１２であり、この工程に要する時間は２０〜４０分程度である。
かかる減圧ガス雰囲気中でガスプラズマを作り、イオン化したガスをコート層成膜用のターゲット材に照射し、その衝撃でターゲット材から飛び出した粒子を透明基材１０１の表面に付着させることにより、透過光選択フィルタコート層を成膜する。この動作が透過光選択成膜工程Ｓ１３であり、この工程に要する時間は１００〜２００分程度である。
【０００９】
次に、透明基材１０１への透過光選択フィルタコート層の成膜が完了したならば、この透明基材１０１をキャリアごとチャンバー外へ搬出し、透明基材１０１を裏返して透過光選択フィルタコート層の成膜されていない面を表にする。この動作が透明基材反転工程Ｓ１４であり、この工程に要する時間は１０〜３０分程度である。
次いで、チャンバー内にＮＤフィルタコート層の成膜に必要な放電用ガス（例えばＯ２，Ｎ２など）を導入するとともにチャンバー内を排気して真空にする。この動作が真空引き工程Ｓ１５であり、この工程に要する時間は２０〜４０分程度である。
かかる減圧ガス雰囲気中でガスプラズマを作り、イオン化したガスをコート層成膜用のターゲット材に照射し、その衝撃でターゲット材から飛び出した粒子を透明基材１０１の裏面に付着させることにより、ＮＤフィルタコート層を成膜する。この動作がＮＤ成膜工程Ｓ１６であり、この工程に要する時間は５〜１５分程度である。
透明基材１０１へのＮＤフィルタコート層の成膜が完了したならば、この透明基材１０１をキャリアごとチャンバー外へ搬出し、キャリアから透明基材１０１を取り出す。この動作が透明基材取り出し工程Ｓ１７であり、この工程に要する時間は１０〜３０分程度である。
【特許文献１】特開２００４−２８７３０２号公報
【特許文献２】特開２００２−１０７５０９号公報
【特許文献３】特開２００３−４３２１１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、図９に示すような構成の光学フィルタを用いた場合には、プロジェクタ装置内に透過光をコントロールするＮＤフィルタを1枚以上必要とするため、部品点数が増え、コストアップになるとともに、組み立てプロセスが煩雑になる等の問題が生じる。
そこで、部品点数を減らすために、図１１に示す光学フィルタのように、透過光をコントロールするためのＮＤフィルタコート層と透過光選択フィルタコート層を透明基材の両面にそれぞれ別々に設けることで、部品点数を減らすようにしている。
しかしながら、このような構造の光学フィルタでは、透明基材の両面に薄膜をコーティングする必要があるため、その製造プロセスが図１３で述べたように煩雑になり、生産性が低下するほか、部品点数を減らすような機能の複合化はこれ以上促進することができない。
【００１１】
また、従来の光学フィルタにおいて、これにＮＤフィルタと透過光選択フィルタの機能を持たせるためには、ＮＤフィルタと透過光選択フィルタを別々のプロセスにて作成する必要がある。このため、ＮＤフィルタの成膜に際しては、金属窒化物を使用しているものや、Ｃｒを使用しており、同一の成膜装置では製造することが困難である。
また、通常、選択光透過機能をもたせるために透明誘電体を積層するわけだが、これらは、金属酸化物であり、薄膜成膜装置内で窒化物及び酸化物を作成する際には導入ガスを置換する必要があるため同一成膜室内で窒化物、酸化物の金属を交互に成膜するのは現実的ではない。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、ＮＤフィルタ及び透過光選択フィルタの成膜プロセスを簡略化して成膜プロセス時間の短縮と製品の低コスト化を可能にし、併せてフィルタ製品の多機能化を容易に実現できる光学フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の光学フィルタは、少なくとも一方の面が平面をなす透明基材と、前記透明基材の平面に可視光帯域の透過率を制御するＮＤフィルタ機能と、透過される可視光の波長を選択する透過光選択フィルタ機能とを有するフィルタコート層を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学フィルタによれば、透明基材の平面である片面にＮＤフィルタと透過光選択フィルタの両機能を有するフィルタコート層を設けるようにしたので、フィルタコート層の成膜箇所は透明基材の片面のみにで済み、これに伴い、透明基材へのＮＤフィルタ及び透過光選択フィルタの成膜プロセス時間を短縮できるとともに光学フィルタ製品の低コスト化が可能になり、しかも、フィルタコート層が形成されない透明基材の他方の面にレンズ機能や偏光機能等の光学機能を付加することが可能になり、これにより、単一の光学フィルタを多機能化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態における光学フィルタの構成の一例を示す模式的な断面図である。
図１に示すように、光学フィルタ１０は、一方の面が平面または両面が互いに平行な平面を呈する、ガラスなどならなる透明基材１２と、この透明基材１２の一方の平面に設けられたフィルタコート層１４とを備える。
フィルタコート層１４は、４００ｎｍ〜７００ｎｍに対応する可視光帯域の光線の透過率を制御するＮＤフィルタ機能と、透過される可視光線の波長から、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（青）の波長に対応する領域の光の１つを選択する透過光選択フィルタ機能とを有する。
また、前記フィルタコート層１４の透過光選択フィルタ機能は、高屈折率の透明誘電体材料からなる第１誘電体膜（Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５等）と、低屈折率の透明誘電体材料からなる第２誘電体膜（ＳｉＯ２等）とを一層以上交互に積層することで構成される。
【００１６】
このような光学フィルタ１０におけるフィルタコート層１４は、現在既に確立されている方法、例えば、光学シミュレーション等にて設計される。例えば、Ｇ（緑）の帯域（５００〜５６０ｎｍ）の波長を通すフィルタを設計する場合について述べる。
まず、フィルタの設計値については図２に記載する。この図２において、層番号１〜３４は透明基材１２からの成膜順序を示している。そして、この層番号１〜３４に対する成膜材料及びその物理膜厚（ｎｍ）は図２に示す通りである。また、この時の透過スペクトルは図３に示すようになる。
【００１７】
これに対し、ある層とある層の間、例えば層番号３３に対応する第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５と、層番号３５に対応する第２誘電体膜ＳｉＯ２との間の層番号３４に対応する位置にＮｂの金属膜を挿入する。このときのフィルタコート層１４は図４に示すような設計値となる。また、この図４において、層番号１〜３５は透明基材１２からの成膜順序を示しており、この層番号１〜３５に対する成膜材料及びその物理膜厚（ｎｍ）は図４に示す通りである。また、この時の透過スペクトルは図５に示すようになる。
【００１８】
このようにフィルタコート層１４に対する可視光線の入射側寄りの層番号３３に対応する第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５と層番号３５に対応する第２誘電体膜ＳｉＯ２との積層膜の間にＮｂの金属膜を介在することにより、Ｇ（緑）の帯域（５００〜５６０ｎｍ）の平均透過率は、ＮＤフィルタ能無しの透過率が９８．９％であるのに対して、６８．６％となる。そして、その平均透過率は金属膜の膜厚により任意に調整することができる。
【００１９】
次に、上記図１に示す光学フィルタ１０の透明基材１２にフィルタコート層１４を成膜する場合の製造方法について、図６を参照して説明する。
この光学フィルタ１０における透明基材１２へのフィルタコート層の成膜にはスパッタリング法が用いられる。
【００２０】
まず、スパッタリング装置を構成するチャンバー外に搬出されたキャリア上に透明基材１２をセットし、この透明基材１２をキャリアごとチャンバー内に搬入する。この動作が透明基材の充填工程Ｓ２１である。この充填工程Ｓ２１に要する時間は１０〜３０分程度である。
次いで、チャンバー内に透過光選択フィルタコート層の成膜に必要な放電用ガス（例えばＯ２，Ｎ２またはアルゴンなどのガス）を導入するとともにチャンバー内を排気して真空にする。この動作が真空引き工程Ｓ２２であり、この工程に要する時間は２０〜４０分程度である。
【００２１】
かかる減圧ガス雰囲気中でガスプラズマを作り、イオン化したガスをコート層成膜用のターゲット材（ＮｂやＳｉなど）に照射し、その衝撃でターゲット材から飛び出した粒子を透明基材１２の表面に付着させることにより、フィルタコート層１４の第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５と第２誘電体膜ＳｉＯ２を、図４に示す層番号にしたがって順番にかつ交互に成膜する。そして、層番号３４に対応する過程では、上記第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５及び第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５の成膜時と異なる放電用ガス（例えばアルゴンなど）を導入し、この減圧ガス雰囲気中でガスプラズマを作り、イオン化したガスをコート層成膜用のターゲット材（Ｎｂなど）に照射し、その衝撃でターゲット材から飛び出した粒子を層番号３３に対応する第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５の表面上に付着させることによりＮＤフィルタ用の金属膜を形成する。その後、この金属膜の表面上に層番号３５に対応する第２誘電体膜ＳｉＯ２を形成する。この時の動作が表面成膜工程Ｓ２３であり、この工程に要する時間は１００〜２００分程度である。
透明基材１２１へのフィルタコート層１４の成膜が完了したならば、この透明基材１２をキャリアごとチャンバー外へ搬出し、キャリアから透明基材１２を取り出す。この動作が透明基材取り出し工程Ｓ２４であり、この工程に要する時間は１０〜３０分程度である。
【００２２】
このような本実施の形態においては、透明基材１２の片方の面にＮＤフィルタと透過光選択フィルタの両機能を有するフィルタコート層１４を設ける構成にしたので、フィルタコート層１４の成膜箇所は透明基材１２の片面のみにで済み、これに伴い、透明基材１２へのＮＤフィルタ及び透過光選択フィルタの成膜プロセス時間を、図１３に示すような従来のプロセスに比べて、工程Ｓ１４〜Ｓ１６を省略でき、製造時間を１７０〜３００分程度短縮することができる。これにより、光学フィルタの生産性が向上し、製品の低コスト化が可能になる。
【００２３】
なお、上記実施の形態１では、Ｇ（緑）の帯域通過フィルタに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、Ｒ（赤）またはＢ（青）の帯域通過フィルタに適用にも適用することができる。
また、第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５と第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５との間に介在されるＮＤフィルタ用の金属膜の介在箇所は、上記実施の形態に示すように１箇所に限らず、２箇所以上であってもよい。
また、上記実施の形態１では、ＮＤフィルタ用金属膜の介在箇所をフィルタコート層１４に対する可視光線の入射側寄りである第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５と第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５との間に介在した場合について説明したが、ＮＤフィルタ用金属膜の介在箇所は、フィルタコート層１４の最外層以外の第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５と第１誘電体膜Ｎｂ２Ｏ５との積層構造間の何れの箇所であってもよい。
金属膜をフィルタコート層１４の最外層以外の積層構造間に設ける理由は、金属膜の酸化を防止し、かつＮＤフィルタ機能の低下を防止するためである。
【００２４】
また、本発明に係る実施の形態では、２種類のターゲット材料を使用することができるスパッタリング装置にて透過光選択フィルタとＮＤフィルタの機能を実現しているのが特徴である。
この場合、スパッタリング装置（成膜装置）に搭載することのできるターゲットの種類は有限（通常1〜4程度、特殊な物を除いて）であるため、２種類のターゲットで作れることは大変有意である。そして、これをなし得るため本発明では、透明誘電膜ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５とその金属膜であるＮｂを使用している。また、これは他の金属での組み合わせも可能であり、ＴｉＯ２を使用する場合はＴｉの金属膜、ＳｉＯ２を使用する場合はＳｉの金属膜を使うことにより、ＮＤ膜を作成することが可能となる。
【００２５】
（実施の形態２）
次に、図７により本発明にかかる光学フィルタの他の実施の形態について説明する。
図７は、光学フィルタに光学的レンズ機能を付加した場合の模式的な断面図である。
図７において、光学フィルタ１０の透明基材２２は、フィルタコート層１４が形成される面２２ａが平面であり、この平面２２ａと反対の面に凸の光学レンズ２２ｂを形成したものである。
【００２６】
通常、一方が平面で他方が凸である平凸レンズにおいては、その凸面には、透過光選択フィルタ機能またはＮＤフィルタ機能を持つ膜を形成することができない。なぜならば、凸面に薄膜をコートする際、曲面の影響を受けコート膜厚が分布を持つことにより、透過光選択フィルタであれば所望の透過波長領域を得ることができない。また、ＮＤフィルタであれば、膜厚が変わってしまうことで均一な透過率を得られることができないためである。従って、従来の方法では、平凸レンズに対して透過光選択フィルタとＮＤフィルタに機能を持たせることは不可能であった。しかし、本発明の薄膜をコートすることで両機能を持つ平凸レンズを製造することが可能となる。
【００２７】
（実施の形態３）
次に、図８により本発明にかかる光学フィルタの更に他の実施の形態について説明する。
図８は、光学フィルタに光学的偏光機能を付加した場合の模式的な断面図である。
図８において、光学フィルタ１０の透明基材１２は、両面が互いに平行な平面をなしており、この透明基材１２の一方の面には、可視光帯域の光線の透過率を制御するＮＤフィルタ機能と、透過される可視光線の波長を選択する透過光選択フィルタ機能とを有するフィルタコート層１４が設けられている。また、透明基材１２の他方の面には偏光フィルム１６が設けられている。
【００２８】
液晶プロジェクタ内部には、一般的にフィルム材料を貼る部材が存在する。これが液晶パネルの直前にある偏光フィルムガラスである。この偏光フィルムガラスに本発明にかかる光学フィルタを使用することで、偏光機能、選択光透過機能、ＮＤフィルタ機能を持った多機能フィルタを作成することが可能となる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その請求項に記載した要旨を逸脱しない範囲において、他の種々の形態によっても実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態における光学フィルタの構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】本実施の形態における光学フィルタのグリーン帯域を透過する帯域通過フィルタの設計値を示す図である。
【図３】本実施の形態における光学フィルタのグリーン帯域を透過する帯域通過フィルタの透過スペクトル図である。
【図４】本実施の形態における光学フィルタのグリーン帯域を透過する帯域通過フィルタに金属膜を介在した場合の設計値を示す図である。
【図５】本実施の形態における光学フィルタのグリーン帯域を透過する帯域通過フィルタに金属膜を介在した場合の透過スペクトル図である。
【図６】本実施の形態における光学フィルタの透明基材にフィルタコート層を成膜する場合の製造方法を示す工程説明図である。
【図７】本発明の実施の形態における光学フィルタの他の実施例を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明にかかる光学フィルタの更に他の実施の形態を示す模式的な断面図である。
【図９】従来における光学フィルタの構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図１０】従来における光学フィルタの透過スペクトル図である。
【図１１】従来における光学フィルタの構成の他の例を示す模式的な断面図である。
【図１２】従来の他の例に示す光学フィルタの透過スペクトル図である。
【図１３】従来における光学フィルタのフィルタコート層を成膜する場合の製造方法を示す工程説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０……光学フィルタ、１２……透明基材、１４……フィルタコート層、２２……透明基材、２２ｂ……光学レンズ、１６……偏光フィルム。
【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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