(57)【要約】【課題】可視光領域における光の透過率を従来以上に平坦化することが可能なＮＤフィルタを提供する。【解決手段】本発明に係るＮＤフィルタ１は、基材１０と、基材１０の表面に形成される積層膜２０と、を備え、積層膜２０は、誘電体膜を有する基材側誘電体層３０と、金属膜からなる金属層４０と、基材側誘電体層３０よりも可視光領域における消衰係数が高く、かつ誘電体膜を有する反基材側誘電体層５０と、を基材１０側から順に積層して構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する基材と、前記基材の表面に形成される積層膜と、を備え、
前記積層膜は、誘電体膜を有する基材側誘電体層と、金属膜からなる金属層と、前記基材側誘電体層よりも可視光領域における消衰係数が高く、かつ誘電体膜を有する反基材側誘電体層と、を前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、
ＮＤフィルタ。
【請求項２】
前記基材側誘電体層は、複数の前記誘電体膜を有し、互いに異なる材質の前記誘電体膜同士が隣接するように積層して構成されることを特徴とする、
請求項１に記載のＮＤフィルタ。
【請求項３】
前記反基材側誘電体層は、互いに異なる材質の複数の前記誘電体膜を有することを特徴とする、
請求項１または２に記載のＮＤフィルタ。
【請求項４】
前記反基材側誘電体層は、前記基材側誘電体層に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数の高い材質から構成される高消衰膜を含むことを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項５】
前記高消衰膜は、窒化金属または酸化金属から構成されることを特徴とする、
請求項４に記載のＮＤフィルタ。
【請求項６】
前記高消衰膜は、前記金属膜を構成する金属の窒化物または酸化物から構成されることを特徴とする、
請求項５に記載のＮＤフィルタ。
【請求項７】
前記金属膜を構成する材質は、モル比で５０％以上となるチタン、クロムまたはニッケルのいずれかであることを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項８】
前記基材側誘電体層は、基材側第１誘電体膜、基材側第２誘電体膜、および基材側第３誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成され、
前記反基材側誘電体層は、反基材側第１誘電体膜、および反基材側第２誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、
請求項１乃至７のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項９】
前記反基材側誘電体層は、前記反基材側第１誘電体膜と前記反基材側第２誘電体膜の間に、前記基材側誘電体層に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数の高い材質から構成される高消衰膜を有することを特徴とする、
請求項８に記載のＮＤフィルタ。
【請求項１０】
前記基材側第１誘電体膜、前記基材側第３誘電体膜、および前記反基材側第２誘電体膜は、第１の材質から構成され、
前記基材側第２誘電体膜および前記反基材側第１誘電体膜は、前記第１の材質とは異なる第２の材質から構成されることを特徴とする、
請求項９に記載のＮＤフィルタ。
【請求項１１】
前記第１の材質の可視光領域における屈折率は、前記第２の材質の可視光領域における屈折率以下であることを特徴とする、
請求項１０に記載のＮＤフィルタ。
【請求項１２】
前記第１の材質は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．３８乃至２．０のいずれかとなる材質であり、
前記第２の材質は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．３８乃至２．４のいずれかとなる材質であることを特徴とする、
請求項１１に記載のＮＤフィルタ。
【請求項１３】
前記第１の材質の波長５５０ｎｍにおける屈折率と、前記第２の材質の波長５５０ｎｍにおける屈折率との差が０．５以下であることを特徴とする、
請求項１１または１２に記載のＮＤフィルタ。
【請求項１４】
前記第１の材質および前記第２の材質は、共通の金属に異なる元素が結合した互いに異なる金属化合物であることを特徴とする、
請求項１０乃至１３のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項１５】
前記高消衰膜を構成する材質および前記第２の材質は、異なる金属に共通の元素が結合した互いに異なる金属化合物であることを特徴とする、
請求項１０乃至１４のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項１６】
前記第１の材質は、二酸化ケイ素であり、
前記第２の材質は、窒化ケイ素であることを特徴とする、
請求項１０乃至１５のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項１７】
前記金属膜を構成する材質は、チタンであり、
前記高消衰膜を構成する材質は、窒化チタンであることを特徴とする、
請求項１０乃至１６のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に可視光領域において光量を調節するＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スチルカメラやビデオカメラといった撮像装置では、いわゆる絞りとＮＤフィルタを併用することによって、光量調節を行っている。絞りのみで光量調節を行う場合、例えば、快晴持等、高輝度の被写界を撮像する際には、絞りの開口を最小限にしても露出過多になってしまうことがある。また、絞りの開口を最小限にするとハンチング現象や光の回折の影響が大きくなるため、画像の品質が劣化することがある。
【０００３】
このため、従来の撮像装置では、透過する光を消衰させて（吸収して）透過光量を調節するＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタを、絞り装置と共に組み込むことで、被写界の輝度が高い場合にも絞りの開口を大きくできるようにしている。
【０００４】
このようにして使用されるＮＤフィルタは、絞りに代わって光量を調節するものであるため、光の透過率が可視光領域の全域にわたってできるだけ平坦（均一）になっていることが好ましい。また、透過率を平坦化することにより、特定の範囲の波長の光のみが強調されるといったことがなくなるため、色の再現性を向上させることが可能となる。
【０００５】
このため、近年では、樹脂フィルム等の透明な基材の表面に光を吸収する光吸収膜（金属膜）と光を干渉させる誘電体膜とを交互に積層したＮＤフィルタが広く使用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−４３２１１号公報
【特許文献２】特開２００６−９１６９４号公報
【特許文献３】特開２００７−２０６１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のＮＤフィルタは、可視光領域における透過率の平坦性が実際にはそれほど高いものではなく、市場の要求を満足できるものは少なかった。特に近年では、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子の感度が著しく向上していることから、ＮＤフィルタの透過率の凹凸が、色調の変化となって撮像した画像に敏感に表れるようになってきており、さらなる透過率の平坦化が望まれている。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、可視光領域における光の透過率を従来以上に平坦化することが可能なＮＤフィルタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、光透過性を有する基材と、前記基材の表面に形成される積層膜と、を備え、前記積層膜は、誘電体膜を有する基材側誘電体層と、金属膜からなる金属層と、前記基材側誘電体層よりも可視光領域における消衰係数が高く、かつ誘電体膜を有する反基材側誘電体層と、を前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、ＮＤフィルタである。
【００１０】
（２）本発明はまた、前記基材側誘電体層は、複数の前記誘電体膜を有し、互いに異なる材質の前記誘電体膜同士が隣接するように積層して構成されることを特徴とする、上記（１）に記載のＮＤフィルタである。
【００１１】
（３）本発明はまた、前記反基材側誘電体層は、互いに異なる材質の複数の前記誘電体膜を有することを特徴とする、上記（１）または（２）に記載のＮＤフィルタである。
【００１２】
（４）本発明はまた、前記反基材側誘電体層は、前記基材側誘電体層に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数の高い材質から構成される高消衰膜を含むことを特徴とする、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【００１３】
（５）本発明はまた、前記高消衰膜は、窒化金属または酸化金属から構成されることを特徴とする、上記（４）に記載のＮＤフィルタである。
【００１４】
（６）本発明はまた、前記高消衰膜は、前記金属膜を構成する金属の窒化物または酸化物から構成されることを特徴とする、上記（５）に記載のＮＤフィルタである。
【００１５】
（７）本発明はまた、前記金属膜を構成する材質は、モル比で５０％以上となるチタン、クロムまたはニッケルのいずれかであることを特徴とする、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【００１６】
（８）本発明はまた、前記基材側誘電体層は、基材側第１誘電体膜、基材側第２誘電体膜、および基材側第３誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成され、前記反基材側誘電体層は、反基材側第１誘電体膜、および反基材側第２誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【００１７】
（９）本発明はまた、前記反基材側誘電体層は、前記反基材側第１誘電体膜と前記反基材側第２誘電体膜の間に、前記基材側誘電体層に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数の高い材質から構成される高消衰膜を有することを特徴とする、上記（８）に記載のＮＤフィルタである。
【００１８】
（１０）本発明はまた、前記基材側第１誘電体膜、前記基材側第３誘電体膜、および前記反基材側第２誘電体膜は、第１の材質から構成され、前記基材側第２誘電体膜および前記反基材側第１誘電体膜は、前記第１の材質とは異なる第２の材質から構成されることを特徴とする、上記（９）に記載のＮＤフィルタである。
【００１９】
（１１）本発明はまた、前記第１の材質の可視光領域における屈折率は、前記第２の材質の可視光領域における屈折率以下であることを特徴とする、上記（１０）に記載のＮＤフィルタである。
【００２０】
（１２）本発明はまた、前記第１の材質は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．３８乃至２．０のいずれかとなる材質であり、前記第２の材質は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．３８乃至２．４のいずれかとなる材質であることを特徴とする、上記（１１）に記載のＮＤフィルタである。
【００２１】
（１３）本発明はまた、前記第１の材質の波長５５０ｎｍにおける屈折率と、前記第２の材質の波長５５０ｎｍにおける屈折率との差が０．５以下であることを特徴とする、上記（１１）または（１２）に記載のＮＤフィルタである。
【００２２】
（１４）本発明はまた、前記第１の材質および前記第２の材質は、共通の金属に異なる元素が結合した互いに異なる金属化合物であることを特徴とする、上記（１０）乃至（１３）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【００２３】
（１５）本発明はまた、前記高消衰膜を構成する材質および前記第２の材質は、異なる金属に共通の元素が結合した互いに異なる金属化合物であることを特徴とする、上記（１０）乃至（１４）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【００２４】
（１６）本発明はまた、前記第１の材質は、二酸化ケイ素であり、前記第２の材質は、窒化ケイ素であることを特徴とする、上記（１０）乃至（１５）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【００２５】
（１７）本発明はまた、前記金属膜を構成する材質は、チタンであり、前記高消衰膜を構成する材質は、窒化チタンであることを特徴とする、上記（１０）乃至（１６）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るＮＤフィルタによれば、可視光領域における光の透過率を従来以上に平坦化することが可能という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係るＮＤフィルタの構成を示した概略図である。
【図２】（ａ）Ｔｉの可視光領域における消衰係数ｋおよび屈折率ｎを示したグラフである。（ｂ）ＴｉＮを薄膜に形成した場合の可視光領域における消衰係数ｋおよび屈折率ｎを示したグラフである。（ｃ）ＴｉＮを厚膜に形成した場合の可視光領域における消衰係数ｋおよび屈折率ｎを示したグラフである。
【図３】（ａ）ＳｉＯ２の可視光領域における消衰係数ｋおよび屈折率ｎを示したグラフである。（ｂ）ＳｉＮの可視光領域における消衰係数ｋおよび屈折率ｎを示したグラフである。
【図４】屈折率を変化させた場合のＮＤフィルタの透過率Ｔおよび反射率Ｒのシミュレーション結果の例を示したグラフである。
【図５】屈折率を変化させた場合のＮＤフィルタの透過率Ｔおよび反射率Ｒのシミュレーション結果の例を示したグラフである。
【図６】屈折率を変化させた場合のＮＤフィルタの透過率Ｔおよび反射率Ｒのシミュレーション結果の例を示したグラフである。
【図７】屈折率を変化させた場合のＮＤフィルタの透過率Ｔおよび反射率Ｒのシミュレーション結果の例を示したグラフである。
【図８】屈折率を変化させた場合のＮＤフィルタの透過率Ｔおよび反射率Ｒのシミュレーション結果の例を示したグラフである。
【図９】本発明の実施例のＮＤフィルタの構成を示した表である。
【図１０】（ａ）本発明の実施例のＮＤフィルタの透過率Ｔおよび反射率Ｒのシミュレーション結果を示したグラフである。（ｂ）本発明の実施例のＮＤフィルタの透過率Ｔおよび反射率Ｒの実測結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本実施形態に係るＮＤフィルタ１の構成を示した概略図である。同図に示されるように、ＮＤフィルタ１は、透明樹脂やガラス等の光を透過する材質からなる基材１０と、基材１０の表面に形成された積層膜２０とを備えて構成されている。
【００３０】
基材１０を構成する材質は、ＮＤフィルタ１の用途に応じた波長の光を透過する材質であれば特に限定されるものではないが、本実施形態では、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）シートを使用している。
【００３１】
積層膜２０は、ＮＤフィルタ１を透過する可視光領域（波長が凡そ４００〜７００ｎｍの範囲）の光を略平坦に消衰させるための薄膜であり、複数の誘電体および金属等からなる膜を積層して構成されている。具体的には、積層膜２０は、基材側誘電体層３０と、金属の膜からなる金属層４０と、反基材側誘電体層５０と、を基材１０側から順に積層して構成されている。すなわち、積層膜２０は、金属層４０を基材側電体層３０および反基材側誘電体層５０で挟んだ構成となっている。
【００３２】
なお、積層膜２０は、真空蒸着、イオンビームアシスト、イオンプレーティング、およびスパッタリング等のドライプロセスによって基材１０の表面に形成されるが、これらの成膜手法は既知の手法であるため、ここでは説明を省略する。
【００３３】
本実施形態では、金属膜からなり光を消衰させる金属層４０を、光を干渉させる基材側誘電体層３０および反基材誘電体層５０によって挟むことにより、光の反射率Ｒを低減しつつ、光の透過率Ｔを可視光領域の略全域にわたって略平坦にすることを可能としている。
【００３４】
特に、基材側誘電体層３０および反基材側誘電体層５０を、異なる材質からなる複数の誘電体膜からそれぞれ構成すると共に、反基材側誘電体層５０の光の消衰係数（光の消衰能力）を基材側誘電体層３０よりも高く設定することで、透過率Ｔを可視光領域において従来以上に平坦化させることを可能としている。
【００３５】
基材側誘電体層３０は、基材１０側から順に、基材側第１誘電体膜３１、基材側第２誘電体膜３２、および基材側第３誘電体膜３３を積層して構成されている。このように、３つの誘電体からなる膜を積層して金属層４０の基材１０側に配置することで、可視光領域における透過率Ｔを従来以上に平坦化することができる。
【００３６】
基材側第１誘電体膜３１、基材側第２誘電体膜３２、および基材側第３誘電体膜３３を構成する材質は、特に限定されるものではなく、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素、シリカ）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＡＬ２Ｏ３（酸化アルミニウム、アルミナ）、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）、およびＴｉＯ２（二酸化チタン）等、誘電体膜として従来使用されている材質を使用することができる。
【００３７】
なお、積層膜２０における光の透過率Ｔおよび反射率Ｒを適宜に調節するためには、基材側誘電体層３０において隣り合う誘電体膜が互いに異なる材質となるように積層することが好ましい。また、可視光領域における透過率Ｔを従来以上に平坦化するためには、互いの屈折率の差が所定の範囲内となる誘電体膜同士を隣り合わせることが好ましい。
【００３８】
従って、本実施形態では、基材側第１誘電体膜３１および基材側第３誘電体膜３３をＳｉＯ２から構成し、基材側第２誘電体膜３２をＳｉＮから構成している。また、このように、共通の金属（Ｓｉ）に異なる元素（Ｏ、Ｎ）が結合した互いに異なる金属化合物から基材側第１誘電体膜３１、基材側第２誘電体膜３２および基材側第３誘電体膜３３を構成することにより、ドライプロセスによる成膜を効率的に行うことが可能となる。すなわち、例えばスパッタリングにより成膜する場合、ターゲットを変更することなく反応ガスを変更するだけで基材側誘電体層３０を構成する誘電体膜を全て形成することができる。
【００３９】
金属層４０は、金属膜から構成されている。この金属層４０の膜厚を適宜に調節することによって、ＮＤフィルタ１における可視光の透過率Ｔを調節することができる。金属層４０を構成する材質は、特に限定されるものではなく、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、およびＮｉ（ニッケル）等、光吸収膜（光消衰膜）として従来使用されている金属を使用することができる。
【００４０】
なお、光の消衰を安定させるためには、金属層４０を構成する材質は、モル比で５０％以上となるＴｉ、ＣｒまたはＮｉのいずれかであることが好ましい。また、本実施形態では、金属層４０をＴｉからなる１層の金属膜から構成しているが、複数種類の金属膜を積層して金属層４０を構成するようにしてもよい。
【００４１】
反基材側誘電体層５０は、基材１０側から順に、反基材第１誘電体膜５１、高消衰膜５２、および反基材側第２誘電体膜５３を積層して構成されている。このうち、反基材第１誘電体膜５１および反基材側第２誘電体膜５３は、誘電体からなる膜であり、高消衰膜５２は、基材側誘電体層３０に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数ｋが高い材質からなる膜である。なお、高消衰膜５２は、誘電体から構成されるものであってもよいし、金属から構成されるものであってもよい。
【００４２】
本実施形態では、このように高消衰膜５２を２つの誘電体膜５１、５３で挟んだ反基材側誘電体層５０を金属層４０の反基材１０側に配置することにより、金属層４０による可視光の消衰を適宜に補完し、ＮＤフィルタ１における可視光の透過率Ｔを平坦化することを可能としている。すなわち、互いに異なる光特性を有する金属層４０および高消衰膜５２を適宜に組み合わせて併用することにより、可視光領域における透過率Ｔの平坦性を従来以上に高めることを可能としている。
【００４３】
高消衰膜５２を構成する材質は、特に限定されるものではなく、Ｔｉ、Ｃｒ、およびＮｉ等の金属や、これらの金属の酸化物または窒化物等の金属化合物を使用することができる。但し、高消衰膜５２を構成する材質は、透過率Ｔを適宜に調節するためには、上述のように金属層４０を構成する材質とは異なる材質（異なる光特性を有する材質）であることが好ましい。さらに、高消衰膜５２を構成する材質を、金属層４０を構成する金属の窒化物または酸化物とすれば、成膜を効率的に行うことが可能となる。従って、本実施形態では、高消衰膜５２をＴｉＮ（窒化チタン）から構成している。
【００４４】
反基材側第１誘電体膜５１および反基材側第２誘電体膜５３を構成する材質は、特に限定されるものではなく、基材側誘電体層３０と同様に、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＡＬ２Ｏ３、ＭｇＦ２、およびＴｉＯ２等、誘電体膜として従来使用されている材質を使用することができる。但し、可視光領域における透過率Ｔの平坦性を高めるためには、反基材側第１誘電体膜５１および反基材側第２誘電体膜５３を互いに異なる材質から構成することが好ましい。さらに、成膜を効率的に行うためには、反基材側第１誘電体膜５１および反基材側第２誘電体膜５３を、基材側誘電体層３０と共通する材質から構成することが好ましい。従って、本実施形態では、反基材側第１誘電体膜５１をＳｉＮから構成し、反基材側第２誘電体膜５３をＳｉＯ２から構成している。
【００４５】
図２（ａ）は、Ｔｉの可視光領域における消衰係数ｋおよび屈折率ｎを示したグラフであり、同図（ｂ）は、ＴｉＮを薄膜に形成した場合の可視光領域における消衰係数ｋおよび屈折率ｎを示したグラフであり、同図（ｃ）は、ＴｉＮを厚膜に形成した場合の可視光領域における消衰係数ｋおよび屈折率ｎを示したグラフである。
【００４６】
これらの図に示されるように、ＴｉおよびＴｉＮは、それぞれ異なる光特性（消衰係数ｋ、屈折率ｎ）を有している。また、ＴｉＮについては、膜厚を変化させることによって屈折率の特性が大きく変化するようになっている。本実施形態では、このような特性に基づき、２つの異なる光消衰膜（金属層４０および高消衰膜５２）を併用すると共に、両者の膜厚を適宜に調節することで、可視光領域における透過率Ｔを従来以上に平坦化することを可能としている。
【００４７】
なお、金属層４０および高消衰膜５２の膜厚は、特に限定されるものではなく、要求される平均透過率や、金属層４０および高消衰膜５２を構成する材質の特性に応じて、適宜に設定することができる。また、光特性のマッチングと共に膜厚を適宜に設定すれば、他の材質の組合せによっても同様の効果を得ることが可能である。
【００４８】
図３（ａ）は、ＳｉＯ２の可視光領域における消衰係数ｋおよび屈折率ｎを示したグラフであり、同図（ｂ）は、ＳｉＮの可視光領域における消衰係数ｋおよび屈折率ｎを示したグラフである。これらの図に示されるように、ＳｉＯ２およびＳｉＮは、可視光領域における光の消衰係数が略０となっている。
【００４９】
従って、本実施形態では、基材側誘電体層３０全体としての可視光領域消衰係数ｋは略０となっており、基材側誘電体層３０は可視光をほとんど消衰させない（吸収しない）ように構成されている。また、反基材側誘電体層５０全体としての可視光領域における消衰係数ｋは、高消衰膜５２の可視光領域における消衰係数ｋと略同一となっている。
【００５０】
すなわち、本実施形態では、可視光領域における消衰係数ｋの低い（略０の）基材側誘電体層３０、可視光領域における消衰係数ｋの高い金属層４０、および可視光領域（の同一波長）における消衰係数ｋが基材側誘電体層３０より高く、金属層４０よりも低い反基材側誘電体層５０を基材１０側から順に積層して積層膜２０を構成しており、これにより、可視光領域における透過率Ｔの平坦性を高めることが可能となっている。
【００５１】
さらに本実施形態では、積層膜２０を大きく分けて基材側誘電体層３０、金属層４０および反基材側誘電体層５０の３層構成、詳細には基材側誘電体層３０および反基材側誘電体層５０をさらに３層構成とした７層構成とした場合において、基材側第１誘電体膜３１（１層目）、基材側第２誘電体膜３２（２層目）および基材側第３誘電体膜３３（３層目）、ならびに反基材側第１誘電体膜５１（５層目）および反基材側第２誘電体膜５３（７層目）の屈折率を適宜に設定することによって可視光領域における透過率Ｔの平坦性をさらに高めるようにしている。
【００５２】
図４〜８は、積層膜２０の基材側第１誘電体膜３１（１層目）、基材側第３誘電体膜３３（３層目）および反基材側第２誘電体膜５３（７層目）の屈折率、ならびに基材側第２誘電体膜３２（２層目）および反基材側第１誘電体膜５１（５層目）の屈折率をそれぞれ変化させた場合のＮＤフィルタ１の透過率Ｔおよび反射率Ｒのシミュレーション結果の例を示したグラフである。
【００５３】
なお、これらの例では、１、３、７層目の屈折率ｎおよび２、５層目の屈折率ｎを波長によらずそれぞれ一定と仮定している。また、１、３、７層目および２、５層目の消衰係数ｋを全て０と仮定している。そして、金属層（４層目）をＴｉから構成し、および高消衰膜（６層目）をＴｉＮから構成している。
【００５４】
これらのシミュレーション結果より、本実施形態の７層構成の積層膜２０では、１、３、７層目の屈折率ｎを１．３８〜２．０の範囲内のいずれかの値に設定すると共に、２、５層目の屈折率ｎを１．３８〜２．４の範囲内のいずれかの値に設定することにより、可視光領域における透過率Ｔの平坦性を３０％以内にすることが可能であることが分かる。すなわち、可視光領域における透過率Ｔの平坦性Ｔｆｌａｔ＝（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／Ｔａｖｅ≦０．３とすることが可能であることが分かる。ここで、Ｔｍａｘは可視光領域内における透過率Ｔの最大値、Ｔｍｉｎは可視光領域内における透過率Ｔの最小値、Ｔａｖｅは可視光領域内における透過率Ｔの平均値である。
【００５５】
なお、各層に実際の材質を適用する場合には、可視光領域における代表屈折率（波長５５０ｎｍにおける屈折率）ｎが上記範囲内となる材質を各層に適用すればよいと考えられる。
【００５６】
また、これらのシミュレーション結果からは、１、３、７層目の屈折率（代表屈折率）ｎの値を２、５層目の屈折率（代表屈折率）ｎの値以下とした方が、透過率Ｔの平坦性が高い傾向にあることが分かる。さらに、この場合、１、３、７層目の屈折率（代表屈折率）ｎの値と２、５層目の屈折率（代表屈折率）ｎの値との差が凡そ０．５以下、より好ましくは０．２乃至０．５の範囲内であれば、透過率Ｔの平坦性がさらに高まる傾向にあることが分かる。
【００５７】
また、反射率Ｒについては、１、３、７層目の屈折率（代表屈折率）ｎの値を１．９以下（すなわち、真空の屈折率１．０より大きく１．９以下）とすれば、可視光領域における反射率Ｒを２％以下とすることが可能であり、１、３、７層目の屈折率（代表屈折率）ｎの値が小さいほど可視光領域における反射率Ｒが低減する傾向にあることが分かる。
【００５８】
本実施形態では、このような考察に基づいて、積層膜２０の基材側第１誘電体膜３１（１層目）、基材側第３誘電体膜３３（３層目）および反基材側第２誘電体膜５３（７層目）を構成する材質をＳｉＯ２とし、基材側第２誘電体膜３２（２層目）および反基材側第１誘電体膜５１（５層目）を構成する材質をＳｉＮとしている。そして、このようにして材質を選定することにより、可視光領域における透過率Ｔの従来にない平坦性を得ることが可能となっている。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態に係るＮＤフィルタ１は、光透過性を有する基材１０と、基材１０の表面に形成される積層膜２０と、を備え、積層膜２０は、誘電体膜を有する基材側誘電体層３０と、金属膜からなる金属層４０と、基材側誘電体層３０よりも可視光領域における消衰係数ｋが高く、かつ誘電体膜を有する反基材側誘電体層５０と、を基材１０側から順に積層して構成されている。
【００６０】
このような構成とすることで、金属層４０における光の消衰を基材側誘電体層３０および反基材側誘電体層５０によって適宜に調節することが可能となるため、可視光領域における透過率Ｔを従来以上に平坦化することができる。
【００６１】
また、基材側誘電体層３０は、複数の誘電体膜を有し、互いに異なる材質の誘電体膜同士が隣接するように積層して構成されている。また、反基材側誘電体層５０は、互いに異なる材質の複数の誘電体膜を有している。このようにすることで、透過率Ｔおよび反射率Ｒをより細かく調節することが可能となるため、反射率Ｒを低減しつつ、透過率Ｔを従来以上に平坦化することができる。
【００６２】
なお、基材側誘電体層３０に含まれる誘電体膜（本実施形態では、基材側第１誘電体膜３１、基材側第２誘電体膜３２および基材側第３誘電体膜３３）の厚み（膜厚）は、要求される特性や誘電体の材質等に応じて適宜に設定すればよく、特に限定されるものではないが、反射率Ｒを低減させるためには、基材側誘電体層３０の厚みを略１／２波長（λ＝５５０ｎｍ）に設定することが好ましい。
【００６３】
同様に、反基材側誘電体層５０に含まれる誘電体膜（本実施形態では、反基材側第１誘電体膜５１、反基材側第２誘電体膜５３）の厚み（膜厚）は、特に限定されるものではないが、反射率Ｒを低減させるためには、最表面の誘電体膜（本実施形態では、反基材側第２誘電体膜５３）の厚みを略１／４波長（λ＝５５０ｎｍ）に設定することが好ましい。
【００６４】
また、本実施形態では、基材側誘電体層３０を、基材側第１誘電体膜３１、基材側第２誘電体膜３２および基材側第３誘電体膜３３の３層構成とした例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基材側誘電体層３０を１つの層から構成してもよいし、４つ以上の層から構成してもよい。すなわち、基材側誘電体層３０をいくつの誘電体膜の層から構成するかは、要求される特性や誘電体の材質等に応じて適宜に設定すればよい。
【００６５】
同様に、反基材側誘電体層５０についても、本実施形態で示した層構成以外の層構成としてもよく、さらに高消衰膜５２のみから反基材側誘電体層５０を構成するようにしてもよい。
【００６６】
また、反基材側誘電体層５０は、基材側誘電体層３０に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数ｋの高い材質から構成される高消衰膜５２を含んでいる。このようにすることで、金属層４０および高消衰膜５２が相乗的に機能するため、透過率Ｔを従来以上に平坦化することができる。
【００６７】
また、高消衰膜５２は、窒化金属または酸化金属から構成されることが好ましい。このようにすることで、金属層４０とは異なる特性の高消衰膜５２を適宜に組み合わせることができる。
【００６８】
また、高消衰膜５２は、金属膜（金属層）４０を構成する金属の窒化物または酸化物から構成されることがより好ましい。このようにすることで、例えば同一のターゲットを用いたスパッタリングにより金属層４０および高消衰膜５２を形成することが可能となり、成膜を効率的かつ低コストに行うことができる。
【００６９】
また、金属膜（金属層）４０を構成する材質は、モル比で５０％以上となるチタン、クロムまたはニッケルのいずれかであることが好ましい。このようにすることで、安定的に可視光を消衰させることができる。
【００７０】
また、基材側誘電体層３０は、基材側第１誘電体膜３１、基材側第２誘電体膜３２、および基材側第３誘電体膜３３を、基材１０側から順に積層して構成され、反基材側誘電体層５０は、反基材側第１誘電体膜５１、および反基材側第２誘電体膜５３を、基材１０側から順に積層して構成されている。このようにすることで、積層膜２０の層数（膜数）を増やすことなく、必要最低限の構成で可視光領域における透過率Ｔを従来以上に平坦化することができる。
【００７１】
また、反基材側誘電体層５０は、反基材側第１誘電体膜５１と反基材側第２誘電体膜５３の間に、基材側誘電体層３０に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数ｋの高い材質から構成される高消衰膜５２を有している。このようにすることで、金属層４０を補完する高消衰膜５２を適切に配置することができる。
【００７２】
また、基材側第１誘電体膜３１、基材側第３誘電体膜３３、および反基材側第２誘電体膜５３は、第１の材質（本実施形態では、ＳｉＯ２）から構成され、基材側第２誘電体膜３２および反基材側第１誘電体膜５１は、第１の材質とは異なる第２の材質（本実施形態では、ＳｉＮ）から構成されている。このようにすることで、必要最低限の材質数で、可視光領域における透過率Ｔの平坦化を実現することができる。すなわち、従来以上の光特性を有するＮＤフィルタ１を低コストで実現することができる。
【００７３】
このとき、第１の材質の可視光領域における屈折率ｎは、第２の材質の可視光領域における屈折率ｎ以下となっていることが好ましい。
【００７４】
また、第１の材質は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．３８乃至２．０のいずれかとなる材質であり、前記第２の材質は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．３８乃至２．４のいずれかとなる材質であることが好ましい。
【００７５】
また、第１の材質の波長５５０ｎｍにおける屈折率と、前記第２の材質の波長５５０ｎｍにおける屈折率との差が０．５以下であることが好ましい。
【００７６】
このように、適宜の屈折率を有する第１の材質および第２の材質を使用することで、可視光領域における透過率Ｔを従来以上に平坦化することが可能となる。
【００７７】
また、第１の材質および第２の材質は、共通の金属に異なる元素が結合した互いに異なる金属化合物であることが好ましい。このようにすることで、成膜を効率的に行うことができる。
【００７８】
また、高消衰膜５２を構成する材質および第２の材質は、異なる金属に共通の元素が結合した互いに異なる金属化合物であることが好ましい。このようにすることで、成膜を効率的に行うことができる。
【００７９】
また、第１の材質は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）であり、第２の材質は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）であることが好ましい。このようにすることで、透過率Ｔを平坦化するために最適な材質の組合せを選定しながらも、成膜を効率化し、コストを低減することができる。
【００８０】
また、金属膜（金属層）４０を構成する材質は、チタン（Ｔｉ）であり、高消衰膜５２を構成する材質は、窒化チタン（ＴｉＮ）であることが好ましい。このようにすることで、透過率Ｔを平坦化するために最適な材質の組合せを選定しながらも、成膜を効率化し、コストを低減することができる。
【００８１】
なお、本発明のＮＤフィルタは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【実施例１】
【００８２】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００８３】
図９は、本発明の実施例のＮＤフィルタ１の構成を示した表である。本実施例では、同図に示されるように、基材側誘電体層３０の基材側第１誘電体膜３１をＳｉＯ２、基材側第２誘電体膜３２をＳｉＮ、基材側第３誘電体膜３３をＳｉＮとし、金属層４０をＴｉとし、反基材側誘電体層５０の反基材側第１誘電体膜５１をＳｉＮ、高消衰膜５２をＴｉＮ、反基材側第２誘電体膜５３をＳｉＯ２とした積層膜２０を、厚さ１００μｍのＰＥＴシートの基材１０に形成した。
【００８４】
積層膜２０の厚み（膜厚）は、基材側第１誘電体膜３１を０．５６８、基材側第２誘電体膜３２を０．２１８７、基材側第３誘電体膜３３を０．２６８３、金属層４０を０．０６２、反基材側第１誘電体膜５１を０．１４５６、高消衰膜５２を０．０６０２、反基材側第２誘電体膜を０．２０４２とした（全て光学膜厚（λ＝５５０ｎｍ））。
【００８５】
成膜は、カルーセルタイプのＤＣ−ＰＵＬＳＥマグネトロンスパッタを使用した。ターゲットは、３０インチ×４インチのＳｉターゲットおよびＴｉターゲットを使用し、Ｔｉ膜の形成にはＡｒ（アルゴン）ガスを導入し、ＴｉＮ膜およびＳｉＮ膜の形成にはＡｒ＋Ｎ２（窒素）ガスを導入し、ＳｉＯ２膜の形成にはＡｒ＋Ｏ２（酸素）ガスを導入した。各ガスの導入量は、Ａｒガスを１５０ＳＣＣＭ、Ｎ２ガスおよびＯ２ガスを１２０ＳＣＣＭとし、成膜圧力は、Ｔｉ膜の形成では４Ｅ−２Ｐａ、ＳｉＯ２膜の形成では５Ｅ−２Ｐａ、ＳｉＮ膜およびＴｉＮ膜の形成では６Ｅ−２Ｐａとした。
【００８６】
図１０（ａ）は、本実施例のＮＤフィルタ１の透過率Ｔおよび反射率Ｒのシミュレーション結果を示したグラフであり、同図（ｂ）は、本実施例のＮＤフィルタ１の透過率Ｔおよび反射率Ｒの実測結果を示したグラフである。これらの図に示されるように、本実施例の構成によれば、シミュレーション結果および実測結果共に、透過率Ｔの平坦性を従来以上に高めることが可能であることが確認された。また、反射率Ｒについても従来以上に低減可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明のＮＤフィルタは、アナログカメラやデジタルカメラ、ビデオカメラ等の各種撮像装置の分野以外にも、可視光を使用する各種光学装置の分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１  ＮＤフィルタ
１０  基材
２０  積層膜
３０  基材側誘電体層
３１  基材側第１誘電体膜
３２  基材側第２誘電体膜
３３  基材側第３誘電体膜
４０  金属層
５０  反基材側誘電体層
５１  反基材側第１誘電体膜
５２  高消衰膜
５３  反基材側第２誘電体膜
【図１】
2012042491.tif 000003
【図２】
2012042491.tif 000004
【図３】
2012042491.tif 000005
【図４】
2012042491.tif 000006
【図５】
2012042491.tif 000007
【図６】
2012042491.tif 000008
【図７】
2012042491.tif 000009
【図８】
2012042491.tif 000010
【図９】
2012042491.tif 000011
【図１０】
2012042491.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月14日(2011.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する基材と、前記基材の表面に形成される積層膜と、を備え、
前記積層膜は、
複数の誘電体膜からなり、互いに異なる材質の誘電体膜同士が隣接するように積層して構成される基材側誘電体層と、
金属膜からなる金属層と、
前記基材側誘電体層に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数の高い金属化合物からなる高消衰膜、および誘電体膜を交互に積層して構成される反基材側誘電体層と、を前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、
ＮＤフィルタ。
【請求項２】
前記反基材側誘電体層は、窒化物からなる誘電体膜が前記金属層に隣接するように構成されることを特徴とする、
請求項１に記載のＮＤフィルタ。
【請求項３】
前記反基材側誘電体層は、互いに異なる材質の複数の誘電体膜を有することを特徴とする、
請求項１または２に記載のＮＤフィルタ。
【請求項４】
前記高消衰膜は、窒化金属または酸化金属から構成されることを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項５】
前記高消衰膜は、前記金属膜を構成する金属の窒化物または酸化物から構成されることを特徴とする、
請求項４に記載のＮＤフィルタ。
【請求項６】
前記金属膜を構成する材質は、モル比で５０％以上となるチタン、クロムまたはニッケルのいずれかであることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項７】
前記金属膜を構成する材質は、チタンであり、
前記高消衰膜を構成する材質は、窒化チタンであることを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項８】
前記基材側誘電体層は、二酸化ケイ素の膜、窒化ケイ素の膜、および二酸化ケイ素の膜を、前記基材側から順に積層して構成され、
前記金属層は、チタンの膜から構成され、
前記反基材側誘電体層は、窒化ケイ素の膜、窒化チタンの膜、および二酸化ケイ素の膜を、前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、
請求項１乃至７のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項９】
前記基材側誘電体層は、基材側第１誘電体膜、基材側第２誘電体膜、および基材側第３誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成され、
前記反基材側誘電体層は、反基材側第１誘電体膜、前記高消衰膜、および反基材側第２誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、
請求項１乃至７のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項１０】
前記基材側第１誘電体膜、前記基材側第３誘電体膜、および前記反基材側第２誘電体膜は、第１の材質から構成され、
前記基材側第２誘電体膜および前記反基材側第１誘電体膜は、前記第１の材質とは異なる第２の材質から構成されることを特徴とする、
請求項９に記載のＮＤフィルタ。
【請求項１１】
前記第１の材質の可視光領域における屈折率は、前記第２の材質の可視光領域における屈折率以下であることを特徴とする、
請求項１０に記載のＮＤフィルタ。
【請求項１２】
前記第１の材質は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．３８乃至２．０のいずれかとなる材質であり、
前記第２の材質は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．３８乃至２．４のいずれかとなる材質であることを特徴とする、
請求項１１に記載のＮＤフィルタ。
【請求項１３】
前記第１の材質の波長５５０ｎｍにおける屈折率と、前記第２の材質の波長５５０ｎｍにおける屈折率との差が０．５以下であることを特徴とする、
請求項１１または１２に記載のＮＤフィルタ。
【請求項１４】
前記第１の材質および前記第２の材質は、共通の金属に異なる元素が結合した互いに異なる金属化合物であることを特徴とする、
請求項１０乃至１３のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項１５】
前記高消衰膜を構成する材質および前記第２の材質は、異なる金属に共通の元素が結合した互いに異なる金属化合物であることを特徴とする、
請求項１０乃至１４のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【請求項１６】
前記第１の材質は、二酸化ケイ素であり、
前記第２の材質は、窒化ケイ素であることを特徴とする、
請求項１０乃至１５のいずれかに記載のＮＤフィルタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
（１）本発明は、光透過性を有する基材と、前記基材の表面に形成される積層膜と、を備え、前記積層膜は、複数の誘電体膜からなり、互いに異なる材質の誘電体膜同士が隣接するように積層して構成される基材側誘電体層と、金属膜からなる金属層と、前記基材側誘電体層に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数の高い金属化合物からなる高消衰膜、および誘電体膜を交互に積層して構成される反基材側誘電体層と、を前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、ＮＤフィルタである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
（２）本発明はまた、前記反基材側誘電体層は、窒化物からなる誘電体膜が前記金属層に隣接するように構成されることを特徴とする、上記（１）に記載のＮＤフィルタである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（３）本発明はまた、前記反基材側誘電体層は、互いに異なる材質の複数の誘電体膜を有することを特徴とする、上記（１）または（２）に記載のＮＤフィルタである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
（４）本発明はまた、前記高消衰膜は、窒化金属または酸化金属から構成されることを特徴とする、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（５）本発明はまた、前記高消衰膜は、前記金属膜を構成する金属の窒化物または酸化物から構成されることを特徴とする、上記（４）に記載のＮＤフィルタである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
（６）本発明はまた、前記金属膜を構成する材質は、モル比で５０％以上となるチタン、クロムまたはニッケルのいずれかであることを特徴とする、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
（７）本発明はまた、前記金属膜を構成する材質は、チタンであり、前記高消衰膜を構成する材質は、窒化チタンであることを特徴とする、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（８）本発明はまた、前記基材側誘電体層は、二酸化ケイ素の膜、窒化ケイ素の膜、および二酸化ケイ素の膜を、前記基材側から順に積層して構成され、前記金属層は、チタンの膜から構成され、前記反基材側誘電体層は、窒化ケイ素の膜、窒化チタンの膜、および二酸化ケイ素の膜を、前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（９）本発明はまた、前記基材側誘電体層は、基材側第１誘電体膜、基材側第２誘電体膜、および基材側第３誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成され、前記反基材側誘電体層は、反基材側第１誘電体膜、前記高消衰膜、および反基材側第２誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のＮＤフィルタである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】