(57)【要約】【課題】ワイドレンズの周辺光量の不足を防止し、可視領域の波長に対して均一な透過特性と反射防止特性を有するＮＤフィルタを提供する。【解決手段】ＮＤフィルタ１０は、平面形状が略円形のガラスである透明基板１１と、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２  ）で形成された低屈折率誘電体薄膜１２と、ニクロム（ＮｉＣｒ）で形成された金属薄膜１３と、五酸化タンタル（Ｔａ２  Ｏ５  ）で形成された高屈折率誘電体薄膜１４とで構成されている。低屈折率誘電体薄膜１２は、透明基板１１の上面を覆うように積層されており、増透膜（反射防止膜）として作用する。また、この低屈折率誘電体薄膜１２の上層には、金属薄膜１３と、高屈折率誘電体薄膜１４とが、低屈折率誘電体薄膜１２の中心部のみに同心円状に順次積層されている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低屈折率誘電体薄膜と、高屈折率誘電体薄膜と、前記低屈折率誘電体薄膜と前記高屈折率誘電体薄膜との間に挟まれるように配置される金属薄膜とが透明基板上に積層され、前記高屈折率誘電体薄膜と前記金属薄膜は、前記透明基板の有効光束幅に対して中心部にのみ積層されていることを特徴とするＮＤフィルタ。
【請求項２】
前記低屈折率誘電体薄膜は、前記中心部とその周辺部に積層されていることを特徴とする請求項１記載のＮＤフィルタ。
【請求項３】
前記高屈折率誘電体薄膜と前記金属薄膜は、前記中心部から前記周辺部に向かって、前記高屈折率誘電体薄膜と前記金属薄膜とが存在する存在部に対する非存在部の面積比が増大する形状であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＮＤフィルタ。
【請求項４】
前記存在部と前記非存在部とが混在する領域では、前記存在部の幅、あるいは前記非存在部の幅は、０．０１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３記載のＮＤフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有効光束幅の中心部の透過光量を減衰させる薄膜型のＮＤフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被写体輝度が高すぎる場合に絞りを最小径に絞っても、感光面へ所定量以上の光量が入射してしまう時に、撮影光学系にＮＤフィルタを装着して感光面への入射光量を規制することが従来から行われている。このようなＮＤフィルタとしては、金属薄膜と誘電体薄膜とを透明基板に積層することにより、可視領域の波長全域にわたり均一な透過率特性と、ゴーストやフレアを防止する反射防止特性を有するものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−０６３９１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、撮影光学系にワイドレンズを使用した場合に周辺光量を確保するのが難しいという問題がある。この問題を解決する方法として、有効光束の中心部の光量を落として、周辺部の光量を相対的に増加させることにより、周辺光量を確保する方法がある。しかし、前述の特許文献１に記載のＮＤフィルタでは、有効光束の中心部の光量のみを減衰することは出来ない。このため、有効光束幅の中心部の光量のみを減衰し、周辺部の光量を相対的に増加させることが出来る薄膜型のＮＤフィルタが望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためのもので、ワイドレンズの周辺光量の不足を防止し、可視領域の波長に対して均一な透過特性と反射防止特性を有するＮＤフィルタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明のＮＤフィルタは、低屈折率誘電体薄膜と、高屈折率誘電体薄膜と、これらの間に挟まれるように配置される金属薄膜とが透明基板上に積層され、高屈折率誘電体薄膜と金属薄膜とは、透明基板の有効光束幅に対して中心部にのみ積層されていることを特徴とするものであり、低屈折率誘電体薄膜は、中心部とその周辺部に積層されていることが好ましい。
【０００７】
さらに、高屈折率誘電体薄膜と金属薄膜は、中心部から周辺部に向かって、高屈折率誘電体薄膜と金属薄膜とが存在する存在部に対する非存在部の面積比が増大する形状であることを特徴とするものであり、存在部と非存在部とが混在する領域では、存在部の幅、あるいは非存在部の幅は、０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、第１の実施形態であるＮＤフィルタ１０の平面概略図及び断面概略図である。このＮＤフィルタ１０は、平面形状が略円形のガラスである透明基板１１と、低屈折率誘電体薄膜１２と、金属薄膜１３と、高屈折率誘電体薄膜１４とで構成されている。
【０００９】
低屈折率誘電体薄膜１２は、透明基板１１の上面を覆うように積層されている。この低屈折率誘電体薄膜１２の上層には、金属薄膜１３と、高屈折率誘電体薄膜１４とが、低屈折率誘電体薄膜１２の中心部のみに同心円状に順次積層されている。これらの薄膜１２，１３，１４は、例えば、真空蒸着により積層する。
【００１０】
本実施形態においては、透明基板１１として、例えば、材質ＢＫ７のガラス、低屈折率誘電体薄膜１２として、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２  ）で形成された薄膜、金属薄膜１３として、ニクロム（ＮｉＣｒ）で形成された薄膜、高屈折率誘電体薄膜１４として、五酸化タンタル（Ｔａ２  Ｏ５  ）で形成された薄膜をそれぞれ用いる。また、低屈折率誘電体薄膜１２を透明基板１１上の全面に積層しているが、有効光束幅分だけ積層しても良いし、金属薄膜１３及び高屈折率誘電体薄膜１４と同様に、中心部のみに積層しても良い。しかし、低屈折率誘電体薄膜１２は、増透膜（反射防止膜）としての役割があるので、透明基板１１上の全面に積層して反射を防止することが好ましい。
【００１１】
次に、ＮＤフィルタ１０の特性について以下に説明を行う。図３は、入射角度０°の時の可視領域の波長（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光に対する反射率Ｒ及び透過率Ｔの特性を示すグラフである。
【００１２】
ＮＤフィルタ１０において、透明基板１１の屈折率は、１．５であり、低屈折率誘電体薄膜１２の屈折率は、１．３８５、膜厚は、１１１．１９１ｎｍである。また、金属薄膜１３の膜厚は、２２ｎｍであり、高屈折率誘電体薄膜１４の屈折率は、２．１、膜厚は４４．５２４ｎｍである。
【００１３】
このＮＤフィルタ１０の反射率Ｒは、図中実線で示すように、波長４００ｎｍにおいて０．１９７であり、波長が長くなるに従って、波長が漸減して波長５２５ｎｍ〜５５０ｎｍで最小値０．０３５となり、この波長が変曲点となっており、この波長よりも長い波長に対しては、透過率Ｒは漸増して、波長７００ｎｍにおいて０．１５４となっている。この可視領域の波長に対する平均反射率は、略１０％である。
【００１４】
また、ＮＤフィルタ１０の透過率Ｔは、図中点線で示すように、波長４４０ｎｍ〜７００ｎｍの領域に対して、０．２１１〜０．２７１の狭い範囲内で変化しており、可視光領域の波長に対して均一な透過特性を有している。また、ＮＤフィルタ１０の平均透過率は略２５％である。
【００１５】
次に、透明基板１１上に金属薄膜１３のみを積層したものと、ＮＤフィルタ１０の反射率・透過率を比較する。図４は、透明基板１１上に膜厚１５ｎｍの金属薄膜１３のみを積層した場合の反射率・透過率の特性であり、入射角度０°の入射光の波長に対する反射率・透過率を示すグラフである。反射率Ｒは、０．３６２〜０．４２１の間で変化しており、平均反射率は略４０％である。また、透過率Ｔは、０．２２７〜０．２８３の間で変化している。これらのデータから、前述のＮＤフィルタ１０は、反射率が略３０％低減されていることが分かる。
【００１６】
また、このＮＤフィルタ１０の周辺光（入射角６０°の光）に対する反射率と透過率の特性について説明する。この場合には、図１に示すように、中心部には入射せずに、周辺部に入射する。つまり、高屈折率誘電体薄膜１４及び金属薄膜１３には、光は入射せずに、低屈折率誘電体薄膜１２に入射する。図５は、可視光の波長領域である４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光に対する反射率Ｒ及び透過率Ｔの特性を示すグラフである。図中実線で示すグラフは、反射率Ｒを示しており、図中点線で示すグラフは、透過率Ｔを示している。
【００１７】
反射率Ｒは、各波長に対して略０．１である。また、透過率Ｔは、各波長に対して略０．９となっている。これらより、低屈折率誘電体薄膜１２により、入射光の反射が防止されており、殆ど減衰されずにＮＤフィルタ１０から出射していることが分かる。これにより、中心部に入射した光は、略２５％に減衰されるが、この中心部の周辺から入射した周辺光は、殆ど減衰されずに出射することが分かる。
【００１８】
つまり、ＮＤフィルタ１０は、中心部に入射した光は略２５％に減衰されるが、その周辺から入射した光は減衰されないので、周辺光の光量を相対的に増加させることができる。
【００１９】
次に、低屈折率誘電体薄膜１２、金属薄膜１３、高屈折率誘電体薄膜１４の膜厚を変化させた場合の反射率・透過率特性について説明を行う。図６は、低屈折率誘電体薄膜１２の膜厚を９９．２７８ｎｍ，金属薄膜１３の膜厚を３２ｎｍ，高屈折率誘電体薄膜１４の膜厚を４１．９０５ｎｍにした場合において、入射角度０°の入射光の波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍに対する反射率Ｒ及び透過率Ｔの特性を示すグラフである。図中実線で示すグラフから分かるように、反射率Ｒは、波長４００ｎｍの時に、０．２３２となり、波長が長くなるにしたがって漸減して、波長５２５ｎｍの時に最も低くなり、０．１０１となる。この波長５２５ｎｍが変曲点となっており、波長５２５ｎｍよりも長くなると、逆に反射率は漸増して波長７００ｎｍの時に０．２８となる。
【００２０】
図中点線で示すグラフから分かるように、透過率Ｔは、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対して、０．１０７〜０．１４４の間で変化しており、透過率Ｔの平均は、略０．１２（１２％）である。
【００２１】
図７は、低屈折率誘電体薄膜１２の膜厚を１１１．１９１ｎｍ，金属薄膜１３の膜厚を１０ｎｍ，高屈折率誘電体薄膜１４の膜厚を４４．５２４ｎｍにした場合において、入射角度０°の入射光の波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍに対する反射率Ｒ及び透過率Ｔの特性を示すグラフである。図中実線で示すグラフから分かるように、反射率Ｒは、波長４００ｎｍの時に、０．１１６となり、波長が長くなるにしたがって漸減して、波長６００ｎｍの時に最も低くなり、０．００６となる。この波長６００ｎｍで変曲点となっており、波長６００ｎｍよりも長くなると、逆に反射率は漸増して波長７００ｎｍの時に０．０２６となる。
【００２２】
図中点線で示すグラフから分かるように、透過率Ｔは、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対して、０．４５４〜０．５０４の間で変化しており、透過率Ｔの平均は、略０．５（５０％）である。
【００２３】
以上説明したように、低屈折率誘電体薄膜１２，金属薄膜１３，及び高屈折率誘電体薄膜１４の膜厚を変化させると、透過率が変化することが分かる。つまり、これらの薄膜１２，１３，１４の膜厚を適宜変化させることにより、透過率を変更することが可能である。
【００２４】
次に、第１の実施形態であるＮＤフィルタ１０の作用について説明を行う。図８は撮影レンズとしてワイドレンズ２０を用いた撮影光学系２１に、ＮＤフィルタ１０を装着した時の断面図である。本実施形態においては、ＮＤフィルタ１０の高屈折率誘電体薄膜１４がワイドレンズ２０側になるように配置されている。前述のように、高屈折率誘電体薄膜１４側から入射した光に対しては、反射光が低減されているので、撮影レンズ表面からの反射光によるゴーストを防止できる。
【００２５】
被写体側から入射した光、つまり、透明基板１１（屈折率１．５）側から入射する光は、空気（屈折率１．０）側（高屈折率誘電体薄膜１４側）から入射する場合と比べて、屈折率の比が大きくなり、反射率が増加する。しかし、この反射光は、撮影光学系２１の外側に反射されるので、撮影光学系２１には影響を与えない。
【００２６】
また、透明基板１１側から入射する光については、中心部に入射した光は、透明基板１１と、低屈折率誘電体薄膜１２と、金属薄膜１３と、高屈折率誘電体薄膜１４とを透過して、入射光は減衰されて撮影レンズ２１を透過してワイドレンズ２０に入射する。また、入射角が３０°の光も同様にして、ワイドレンズ２０に入射する。
【００２７】
入射角度が６０°以上の光は、ＮＤフィルタ１０の周辺部から入射するため、透明基板１１と、低屈折率誘電体薄膜１２とを透過して、ワイドレンズ２０に入射する。この時、入射光は殆ど減衰されない。
【００２８】
つまり、ＮＤフィルタ１０の中心部を入射した光に対して、周辺部を入射した光が相対的に増加する。これにより、ワイドレンズ２０を使用した時に発生する周辺光量の不足を改善することができる。
【００２９】
次に、第２の実施形態のＮＤフィルタ３０について説明を行う。ＮＤフィルタ１０では、入射角６０°以上の光を減衰させずに透過するようにして、周辺光を相対的に増加させたが、金属薄膜と高屈折率誘電体薄膜の膜厚を変化させることにより、中心部から周辺に向かって、連続的に透過率が増加するようにしても良い。この場合は、ＮＤフィルタ１０の場合に比べて、透過光量が連続的に変化するため、光量をより均一にすることができる。このように、中心部から周辺にいくに従って透過率が漸増するようにしたのが、ＮＤフィルタ３０である。
【００３０】
図９は、ＮＤフィルタ３０の断面概略図である。このＮＤフィルタ３０は、平面形状が略円形のガラスである透明基板３１と、低屈折率誘電体薄膜３２と、金属薄膜３３と、高屈折率誘電体薄膜３４とで構成されている。低屈折率誘電体薄膜３２は、透明基板３１の上面を覆うように積層されている。この低屈折率誘電体薄膜３２の上層には、金属薄膜３３と、高屈折率誘電体薄膜３４とが、低屈折率誘電体薄膜３２の中心部に同心円状に順次積層されている。
【００３１】
金属薄膜３３及び高屈折率誘電体薄膜３４は、中心部から周辺部に向かって徐々に膜厚が減少するように形成されている。このように形成することにより、入射角度３０°、入射角度４５°、入射角度６０°と入射角度が大きくなるにしたがって、入射光が透過するそれぞれの位置において、金属薄膜３３及び高屈折率誘電体薄膜３４の膜厚が減少しているので、入射角度が増加するに従って徐々に透過率が増加する。これにより、中心部に対して周辺部の光量を連続的に増加させることができる。
【００３２】
次に、第３の実施形態のＮＤフィルタ４０について説明を行う。このＮＤフィルタ４０は、高屈折率誘電体薄膜と金属薄膜の膜厚を変化させるのではなく、高屈折率誘電体薄膜と金属薄膜の存在箇所に対して、非存箇所の面積を中心部側から周辺部側に行くに従って増加させることにより、入射角度が大きくなるに従って透過率を増加させるものである。
【００３３】
図１０及び図１１は、ＮＤフィルタ４０の平面概略図及び断面概略図である。このＮＤフィルタ４０は、平面形状が略円形のガラスである透明基板４１と、低屈折率誘電体薄膜４２と、金属薄膜４３と、高屈折率誘電体薄膜４４とで構成されている。低屈折率誘電体薄膜４２は、透明基板４１の上面を覆うように積層されている。この低屈折率誘電体薄膜４２の上層には、金属薄膜４３と、高屈折率誘電体薄膜４４とが、低屈折率誘電体薄膜４２の中心部４５に同心円状に順次積層されている。さらに、その周辺部４６には、高屈折率誘電体薄膜４４と金属薄膜４３で形成される円柱状の存在部４７が複数設けられている。
【００３４】
この存在部４７の密度を中心部４５から周辺部４６に向かうに従って減少させることにより、非存在部４８に対する存在部４７の面積比を減少させている。これにより、中心部４５に対して周辺部４６の光量を連続的に増加させることができる。
【００３５】
また、円柱状の存在部４７の直径Ｗ１と、存在部４７のピッチ（非存在部４８の幅）Ｗ２は、共に０．０１ｍｍ以上にされており、光の波長より長いので、光の回折の影響によるボケが防止されている。
【００３６】
図１２に示す第４の実施形態であるＮＤフィルタ５０は、ＮＤフィルタ４０の変形例であり、中心部５１から周辺部５２に向かって放射線状に延びる複数の存在部５３を周辺に行くに従って幅が減少する形状して、非存在部５４に対する存在部５３の面積比を減少させている。これにより、中心部５１に対して周辺部５２の光量を連続的に増加させることができる。
【００３７】
また、存在部５３の幅Ｗ３と、非存在部５４の幅（存在部５３の互いの間隔）Ｗ４は、共に０．０１ｍｍ以上にされており、光の波長よりも長いので、光の回折の影響によるボケが防止されている。
【００３８】
なお、本実施形態においては、透明基板上に、低屈折率誘電体薄膜と、金属薄膜と、高屈折率誘電体薄膜とを順に積層したが、これに限るものではなく、例えば、図１３の第５の実施形態であるＮＤフィルタ６０の断面概略図に示すように、透明基板６１上に高屈折率誘電体薄膜６４、金属薄膜６３、低屈折率誘電体薄膜６２の順に積層しても良い。この場合は、膜が形成されている側を物体側に向けて使用する。
【００３９】
また、本実施形態においては、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２  ）により低屈折率誘電体薄膜を形成したが、これに限るものではなく、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）で形成しても良い。さらに、ニクロム（ＮｉＣｒ）により金属薄膜１３を形成したが、これに限るものではなく、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）で形成しても良い。
【００４０】
また、五酸化タンタル（Ｔａ２  Ｏ５  ）により高屈折率誘電体薄膜を形成したが、これに限るものではなく、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２  ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２  ）で形成しても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＮＤフィルタによれば、周辺光の光量を中心部の光量に対して相対的に増加させることができるので、ワイドレンズを用いた撮影光学系に使用すれば、周辺光量の不足を防止できるので、鮮明な画像を撮影することができる。
【００４２】
また、本発明のＮＤフィルタは反射が防止されているので、撮影光学系内部の反射によるフレアやゴーストの発生を防止することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるＮＤフィルタの平面概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態であるＮＤフィルタの断面概略図である。
【図３】第１の実施形態のＮＤフィルタの入射角０°の光に対する反射率・透過率特性を示すグラフである。
【図４】透明基板上に金属薄膜のみを積層した場合の入射角０°の光に対する反射率・透過率特性を示すグラフである。
【図５】第１の実施形態のＮＤフィルタの入射角６０°の光に対する反射率・透過率特性を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態のＮＤフィルタの膜厚を変化させた時の入射角０°の光に対する反射率・透過率特性を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態のＮＤフィルタの膜厚を変化させた時の入射角０°の光に対する反射率・透過率特性を示すグラフである。
【図８】第１の実施形態のＮＤフィルタの作用を説明する断面概略図である。
【図９】第２の実施形態であるＮＤフィルタの断面概略図である。
【図１０】第３の実施形態であるＮＤフィルタの平面概略図である。
【図１１】第３の実施形態であるＮＤフィルタの断面概略図である。
【図１２】第４の実施形態であるＮＤフィルタの平面概略図である。
【図１３】第５の実施形態であるＮＤフィルタの断面概略図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０，５０，６０  ＮＤフィルタ
１１，３１，６１  透明基板
１２，３２，６２  低屈折率誘電体薄膜
１３，３３，６３  金属薄膜
１４，３４，６４  高屈折率誘電体薄膜
２０  ワイドレンズ
２１  撮影光学系
４５，５１  中心部
４６，５２  周辺部
４７，５３  存在部
４８，５４  非存在部
【図１】
2004258494.tif 000003
【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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