(57)【要約】【課題】薄膜に形成することができ、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ＮＤフィルタの製造方法及び装置、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】基板１上にグラデーション濃度分布を有する膜を備えたＮＤフィルタを製造するに際し、前記膜を形成するための基板を取り付ける基板治具２に、前記基板を加熱する基板加熱機構を設け、前記基板を任意の方向に連続的に温度変化するように加熱して成膜するように構成する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にグラデーション濃度分布を有する膜を備えたＮＤフィルタの製造方法であって、
前記基板を、所定の方向に連続的に温度変化するように加熱する工程と、
前記加熱した基板にグラデーション濃度分布を有する膜を成膜する工程を有することを特徴とするＮＤフィルタの製造方法。
【請求項２】
前記加熱する工程は、所定の方向に低温から高温または高温から低温に温度変化するように基板を加熱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】
前記基板上に、少なくとも２種類以上の膜が成膜され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フィルタの製造方法。
【請求項４】
前記加熱工程は、前記基板を１０°〜１１０°の範囲で加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＮＤフィルタの製造方法。
【請求項５】
前記加熱工程によって第１層から最表層手前までの膜を成膜した後に、前記基板の加熱を行うことなく最表層を成膜する工程を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のＮＤフィルタの製造方法。
【請求項６】
前記最表層を成膜した後に、１００℃から１３０℃の温度で空気中において熱処理する工程を有することを特徴とする請求項５に記載のＮＤフィルタの製造方法。
【請求項７】
基板上にグラデーション濃度分布を有する膜を備えたＮＤフィルタの製造装置であって、前記膜を形成するための基板を取り付ける基板治具に、前記基板を加熱する基板加熱機構を設けたことを特徴とするＮＤフィルタの製造装置。
【請求項８】
基板上に少なくとも２種類以上の膜を有するＮＤフィルタであって、
第１層から最表層手前までの膜が、前記基板を低温から高温または高温から低温に連続的に温度変化するように加熱して成膜した膜であり、
最表層の膜が、前記基板の加熱を行うことなく成膜された一定膜厚の膜で構成されていることを特徴とするＮＤフィルタ。
【請求項９】
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１〜６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７に記載のＮＤフィルタの製造装置によって製造されたＮＤフィルタ、または請求項８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１０】
光学系と、該光学系を通過する光量を制限する請求項９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及び装置、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。しかし、従来の作製方法では、これらの仕様を満足する濃度特性をもつＮＤフィルタを作製することは著しく困難であった。また、ＮＤフィルタに限らず、濃度が連続的に変化する各種の薄膜を作製することも同様に困難であった。
【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（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）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１６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１６で１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは撮影光学系１３を構成するレンズ、１４は固体撮像素子で１５はローパスフィルタである。また１６から１９は絞り装置で、１６がＮＤフィルタ、１７と１８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。１９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、フィルタ面内で連続的に濃度（透過率）が変化する領域を有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おり、また、特許文献４では、真空蒸着法により楕円形グラデーションフィルタの製造方法が提案されている。
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。
【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】特開平１１−３８２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した特許文献１、特許文献２、特許文献３等のものは、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による影響により画質が劣化してしまうことがある。
また、特許文献４の方法では、微少領域（例えば３ｍｍの範囲で透過率３％から８０％までの変化等）での濃度変化ができない等の欠点がある。
さらに、上記した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】
本発明は、上記課題に鑑み、薄膜に形成することができ、各濃度において分光特性がフラット（均一）で、光量の均一性の向上を図ることが可能となるＮＤフィルタの製造方法及び装置、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するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下のように構成したＮＤフィルタの製造方法及び装置、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、基板上にグラデーション濃度分布を有する膜を備えたＮＤフィルタの製造方法であって、前記基板を所定の方向に連続的に温度変化するように加熱する工程と、前記加熱した基板にグラデーション濃度分布を有する膜を成膜する工程を有することを特徴としている。本発明は、前記加熱する工程において基板を加熱するに際し、所定の方向に低温から高温または高温から低温に温度変化するように基板を加熱する構成を採ることができる。
また、本発明のＮＤフィルタの製造装置は、基板上にグラデーション濃度分布を有する膜を備えたＮＤフィルタの製造装置であって、前記膜を形成するための基板を取り付ける基板治具に、前記基板を加熱する基板加熱機構を設けたことを特徴としている。
また、本発明のＮＤフィルタは、基板上に少なくとも２種類以上の膜を有するＮＤフィルタであって、第１層から最表層手前までの膜が前記基板を低温から高温または高温から低温に連続的に温度変化するように加熱して成膜した膜であり、最表層の膜が前記基板の加熱を行うことなく成膜された一定膜厚の膜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ＮＤフィルタの製造装置によって製造されたＮＤフィルタ、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】
【００１１】
本発明によれば、グラデーション濃度分布を有する薄膜に形成することが可能となるＮＤフィルタの製造方法及び装置、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。また、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態では、基板にスパッタ法を用いてグラデーション濃度分布を有する薄膜を形成している。図１は本実施の形態に用いるスパッタ装置におけるチャンバー内の模式図である（チャンバーは不図示）。図１において、１は成膜を施す基板、２は基板１を固定するための基板治具、３はスパッタ源、４はＤＣ電源、５は導入ガスである。本実施の形態では導入ガスをＡｒ（アルゴン）とＯ2（酸素）とし、その混合比はＡｒ／Ｏ2を８０／２０とした。このような導入ガスをチャンバー内に導入し、スパッタ源３をスパッタして基板１上に薄膜を成膜するように構成されている。
図２（ａ）に上記基板１と基板治具２を真横からみた模式的な断面図を、また図２（ｂ）に基板１の平面図を示す。本実施形態では、図２の左端から右端に向かって、連続的に濃度が大きくなる（透過率が低くなる）膜を成膜している。具体的には、膜密度を連続的に変化させることにより、光の吸収係数を連続的に変化させ、連続的に濃度が変化する膜を成膜している。
基板１に熱エネルギーを与えることにより、より密度の高い緻密な構造を持った薄膜を成膜することが可能となるが、その際、基板の加熱温度を高くすればするほど、より緻密な膜質に変化する。さらに、酸化物に対しては基板の加熱温度によって、結合酸素の割合が変わり、加熱温度を高くした方がより酸素結合濃度の高い膜を得ることができる。
以上のように基板１を加熱して成膜すると、基板の加熱温度により光学定数が変化し、加熱温度を高くすると、特に吸収係数がより小さい値となる。
【００１３】
図３に、図１のスパッタ装置により、同条件下でＴｉＯ2を基板加熱温度を変え成膜した場合の、吸収係数の変化を測定した１例を示す。
本実施の形態で目指している濃度分布は、透過率が順次小、若しくは大になるようなグラデーション濃度分布である。この様な濃度分布は、グラデーション濃度分布を必要とする各種フィルタ等に関する用途を考慮すると、一般的な仕様であると考えられる。具体的には、例えば図４の理想型グラデーション透過率分布例に示すような透過特性を持つ分布である。この仕様を満足するフィルタを作成するためには、図５の理想型グラデーション濃度分布例に示すような濃度分布を得る必要がある。因に、濃度（Ｄ）と透過率（Ｔ）の関係はＤ＝  Ｌｏｇ10（１／Ｔ）となっている。
【００１４】
図５で示すような濃度分布を得る為には、スパッタ源となるターゲット材料における、成膜条件下での基板加熱温度による吸収係数値を把握しておく必要がある。そして、あらかじめ測定しておいた吸収係数のデータを元に基板加熱の温度分布を計算し、算出した温度分布で基板を加熱し成膜を実施する。
さらに、成膜後にエージングを施す際は、エージングにより透過特性が変化することが考えられるため、あらかじめその影響を考慮して膜設計を行う必要がある。
【００１５】
本実施の形態においては、基板の加熱の仕方を工夫することにより、グラデーション濃度分布を有する膜を成膜している。しかし、本発明はこのような基板に加熱温度を与えるようにしたものに限られるものではなく、何らかのエネルギーを基板に与えて成膜をアシストし、そのエネルギー分布を制御することによっても、同様の結果を得ることが可能である。
また、本実施の形態においては、成膜を実施する方法としてスパッタリング法を用いた場合を説明したが、本発明はスパッタリング法に限らず真空蒸着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】
【００１６】
つぎに、本発明の実施例について説明する。
本実施例は、上記した本発明の構成及び実施の形態を適用したものである。
以下に、本実施例によるＮＤフィルタの製造方法について説明する。
【００１７】
本実施例のグラデーション濃度分布を有する膜は、多層膜で構成されている。その構成を図１３に示した。基板側からＡｌ2Ｏ3層（アルミナ層）とＴｉxＯy層（酸化チタン層）を交互に８層積層し、その上に最表層としてＭｇＦ2層（フッ化マグネシウム層）を１層積み重ねている。そして、Ａｌ2Ｏ3層（アルミナ層）とＴｉxＯy層の交互層がグラデーション濃度分布を有する膜であり、最表層ＭｇＦ2層（フッ化マグネシウム層）は濃度分布が一定な膜である。
【００１８】
まず、図１に示すスパッタ装置を用い、材質厚７５μｍのプラスチック基材（以下、ＰＥＴ基材と記す）上に、図１３に示す膜構成のうち第１層から最表層手前まで、即ちＡｌ2Ｏ3層（アルミナ層）とＴｉxＯy層の交互層を成膜した。
導入ガスにはＡｒとＯ2用い、その混合比はＡｒ／Ｏ2を８０／２０とした。
【００１９】
膜の成膜に採用したスパッタ装置によると、膜厚を比較的に容易に制御でき、かつ可視域の波長域で散乱を非常に小さくすることが可能となり、また基材の材質としては、ＰＥＴは耐熱性（ガラス転移点Ｔｇ）が高く、可視域の波長域で透明性が高く、また吸水率が低い特性を有していることから、このようなＰＥＴを選択した。
【００２０】
本実施例における基板加熱機構の配置構成を図６に示す。基板加熱機構は、基板面内において所定の方向に連続的に低温から高温または高温から低温に温度が変化するような温度分布を基板に与えて基板を加熱するための機構である。
図６において６は基板加熱機構であり、本実施例では基板加熱機構６が１枚の基板治具２上に３つ取り付けられている。中央の基板加熱機構は、その左右の基板加熱機構より加熱温度が低く設定されており、基板に対して温度分布を持たせるように加熱している。基板外形は図２（ｂ）に示すように長方形を有しており、本実施例では基板加熱機構６により図２（ｂ）に示す基板の短辺と平行な方向に温度分布を持たせ、基板加熱を実施した。
ここで、基板の加熱温度分布は、図３で示した基板加熱温度と吸収係数の関係から算出し、１０℃から１１０℃の間でグラディエントに加熱した。
【００２１】
次に、基板面上の全ての領域を、１１０℃の均一な温度分布で加熱した後、最表層を光学膜厚ｎ×ｄ（ｎは屈折率、ｄは機械膜厚）で１／４λ（λ：５４０ｎｍ）の条件により成膜した。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。
【００２２】
以上のように第１層から最表層まで成膜した後、１１０℃で１Ｈ時間、空気中で熱処理を行った。熱処理の温度は、１１０℃から１３０℃の間が適当である。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。
しかし、本実施例の様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。ここで、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、１３０℃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などの問題が生じるためである。
【００２３】
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％２４０Ｈの放置試験を行い、試験前後での透過率を測定した。結果、熱処理を行った後では透過率の変化は０．２％以下であり、放置試験前と殆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な放置試験を行い、試験前後での透過率を測定すると２〜３％前後増加していた。
【００２４】
本実施例によって作製されたＮＤフィルタの濃度分布は、図７に示すように良好な結果が得られた。
このように作製されたＮＤフィルタを使用する際の一例を示すと、図１４（ａ）のようなパターンを作製して、略三角形の形状に切りぬき、その後、この略三角形の形状に切りぬかれたＮＤフィルタ１１を絞り羽根１２に貼って図１５の状態になる。フィルタ１枚は図１４（ｂ）のようになっていて、０が端面部でそこからＸ1、Ｘ2、Ｘ3までが濃度変化領域である。Ｘ３からＸ4は最も濃い均一濃度が形成されている。Ｘ4からＸ5はフィルタを羽根に接着するための接着領域である。
この時の基板上の位置と吸収係数は図８に示すような結果が得られた。
また、この時の基板上の位置と透過率は図９、基板上の位置と反射率の関係は図１０に示すような結果が得られた。
さらに分光透過率は図１１、分光反射率は図１２に示すような結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に用いるスパッタ装置におけるチャンバー内の模式図。
【図２】薄膜を成膜するための基板の構成を示す図であり、（ａ）は基板を真横からみた模式的な断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図３】基板加熱温度によるＴｉＯ2膜の吸収係数比較例。
【図４】本発明の実施の形態を説明するための理想型グラデーション透過率分布例を示す図。
【図５】本発明の実施の形態を説明するための理想型グラデーション濃度分布例を示す図。
【図６】本発明の実施例における基板加熱機構の配置構成を示す図。
【図７】本発明の実施例における成膜基板の濃度分布を示す図。
【図８】実施例による基板上の位置と吸収係数の関係を表わしたグラフ。
【図９】実施例による基板上の位置と透過率の関係を表わしたグラフ。
【図１０】実施例による基板上の位置と反射率の関係を表わしたグラフ。
【図１１】実施例による分光透過率を表わしたグラフ。
【図１２】実施例による分光反射率を表わしたグラフ。
【図１３】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１４】本発明の実施例を説明する図であり、（ａ）は本実施例により作製されたＮＤグラデーションフィルタの図、（ｂ）は略三角形の形状に切り抜いた状態を示す図である。
【図１５】本発明の実施例におけるＮＤフィルタが羽根に接着された状態を示す図である。
【図１６】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である。
【符号の説明】
【００２６】
１：基板
２：基板治具
３：スパッタ源
４：ＤＣ電源
５：導入ガス
６：基板加熱機構
【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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