(57)【要約】【課題】基材にポリイミドより安価で可視光域の透過率が高く、ノルボルネン系樹脂材料よりガラス転移温度が高く、曲げ弾性率も高く、アウトガス量が少ない樹脂材料を利用した光学フィルタを得る。【解決手段】基板２１には、透明合成樹脂シートとして芳香族ポリアミド樹脂材料又は芳香族ポリアミド樹脂材料を含む材料を用いている。芳香族ポリアミド樹脂材料は、熱収縮率が極めて低い上に、光学フィルタの用途に適した９０％以上の光透過率を有している。一般的に芳香族ポリアミド樹脂は、ガラス転移温度が１５０℃以上あるためＰＥＴ、ＰＥＮ、ノルボルネン系樹脂等の透明合成樹脂シートのガラス転移温度より高く、シート表面の皺の発生を有効に防止することができる。シートの強度に関しても曲げ弾性率が１０ＧＰａ程度あるため、破損に強く丈夫な光学フィルタが得られる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス転移温度が１５０℃以上で、可視光線透過率が９０％以上の透明な芳香族ポリアミド合成樹脂樹脂材料から成る基材の表面に物理蒸着膜を形成したことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
前記樹脂材料の曲げ弾性率は１０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記物理蒸着膜は複数の種類の積層膜から成り、該積層膜は異なる光透過率を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
可視光域の透過光量を調節するＮＤフィルタであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
開口部を有し、該開口部を透過する光量を調節する光量調節装置において、前記開口部にガラス転移温度が１５０℃以上、可視光線透過率９０％以上の透明な芳香族ポリアミド合成樹脂樹脂材料から成る基材の表面に物理蒸着膜を形成した光学フィルタを配置したことを特徴とする光量調節装置。
【請求項６】
前記光学フィルタは前記開口部に出入り自在に配置したことを特徴とする請求項５に記載の光量調節装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の光量調節装置を含む光学系と、該光学系によって形成する像を撮像する固体撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラ或いはスチルビデオカメラ等の撮影系に使用して透過光量を調節するための光学フィルタ及び該光学フィルタを用いた光量調節装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラやビデオカメラ等のレンズ光学系内で使用されている絞り装置や絞り兼用シャッタ装置等の光量調整装置では、ハンチングや回折現象による解像力低下等の防止のために、ＮＤフィルタ等の光学フィルタが用いられている。
【０００３】
上述の光学フィルタは、多くの場合にはレンズ光学系内の限られた空間に配設されるため、薄く軽量の材料である必要がある。また、絞り開口等の様々な形状に適合させるためにプレス加工し易い合成樹脂シートを使用することが多い。
【０００４】
従来のＮＤフィルタは、合成樹脂材料に有機色素や顔料を混入してシート状に成形することにより、光学特性を持たせたものが使用されているが、光の散乱等の問題を有する場合がある。従って、最近では透明合成樹脂材料の表面に光学特性を有する物理蒸着膜を成膜したものが主流となっている。
【０００５】
一般的に、シート表面に物理蒸着膜を成膜する光学フィルタは、真空蒸着槽内に所定の大きさの透明合成樹脂シートを固定し、真空蒸着法、イオンプレーティング法或いはスパッタリング法等でシート表面に物理蒸着膜を成膜している。
【０００６】
そして、合成樹脂シートの反りを防止するために合成樹脂シートの外周部を金属板で押さえたり、ＮＤフィルタに対応した形状の開口部が多数設けられたマスク板を用いて、合成樹脂シートの全面を押え付けた状態で蒸着を行っている。
【０００７】
一方、合成樹脂シートは熱の影響を受け易い材料のため、真空蒸着槽内の温度はできるだけ低い温度に抑える必要がある。しかし、蒸着材料を加熱融解する際の温度上昇や、物理蒸着膜を確実に成膜させて所定の光透過率が得るために、合成樹脂シートを加熱する際の温度上昇等によって、合成樹脂シート自体が８０〜１２０℃まで上昇してしまう。
【０００８】
従来、この種のＮＤフィルタの基材として用いられている合成樹脂シートとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）が知られている。しかし、ＰＥＴのガラス転移温度は７０〜１１０℃と低いため、特許文献１に示すように、ガラス転移温度が１２０℃以上のノルボルネン系樹脂材料を用いることでシートの収縮や皺を最小限に抑えることが知られている。
【０００９】
また、特許文献２に示すように、本出願人はノルボルネン系樹脂材料よりも更に耐熱性の高い材料としてポリイミドを基材として使用することを提案している。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−６２９０３号公報
【特許文献２】特開２００７−１７１５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
合成樹脂シートの強度に関しては、一般的なＰＥＴで４ＧＰａ、ＰＥＮで８ＧＰａの曲げ弾性率を有している。それに対して、ノルボルネン系樹脂材料のＡＲＴＯＮ（ＪＳＲ株式会社製：商標）は３ＧＰａ、ＺＥＯＮＯＲ（株式会社オプティス製：商標）は６０ＭＰａと、ＰＥＴ、ＰＥＮに比較すると劣っている。
【００１２】
そのため、光学フィルタの成形や取り付け時等の成膜時の熱変形以外でも反り等の変形が生じ易い。
【００１３】
これらの光学フィルタは、レンズ光学系内の僅かなスペースに搭載されて駆動するため、光学フィルタに反りが生ずると光学系内の部品と干渉した際に傷が付いたり、破損する虞れが生ずる。
【００１４】
また、一般にノルボルネン系樹脂材料はキャスト法により製造されているため、製造時に使用した溶剤がシートに残存し、真空蒸着時に溶剤が揮発することによるアウトガス量が多い欠点を有している。
【００１５】
また、ポリイミドを使用すると、上述のような課題は解決できるが、他の合成樹脂シートと比較すると加工性が悪く、単位面積当たりの材料費が高く経済的でないという問題を有している。
【００１６】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、基材にポリイミドよりも安価で可視光域の透過率が高く、ノルボルネン系樹脂材料よりもガラス転移温度が高く、曲げ弾性率も高く、アウトガス量が少ない樹脂材料を利用した光学フィルタを提供することにある。
【００１７】
また本発明の他の目的は、この光学フィルタを組み込んだ光量調節装置及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するための本発明に係る光学フィルタは、ガラス転移温度が１５０℃以上で、可視光線透過率が９０％以上の透明な芳香族ポリアミド合成樹脂樹脂材料から成る基材の表面に物理蒸着膜を形成したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る光量調節装置は、開口部を有し、該開口部を透過する光量を調節する光量調節装置において、前記開口部にガラス転移温度が１５０℃以上、可視光線透過率９０％以上の透明な芳香族ポリアミド合成樹脂樹脂材料から成る基材の表面に物理蒸着膜を形成した光学フィルタを配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る光学フィルタ及び該光学フィルタを用いた光量調節装置によれば、ガラス転移温度１５０℃以上、可視光線透過率９０％以上の透明な芳香族ポリアミド合成樹脂材料を基板として使用することにより、条件を備え熱収縮率を小さくできる。このため、長時間高温に晒されても基板の収縮を最小限に抑制することができ、物理蒸着膜の成膜時の変形を低減することができる。
【００２１】
また、曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上と高く、光学フィルタの成形時や取り付け・作動時に変形したり、他の部品と干渉した場合の割れを低減することができる。更には、成膜時のアウトガスの発生量も少ないため、膜との密着性も向上させることができ、良好な光学特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は撮影光学系の構成図を示し、レンズ１、光量調節装置２、レンズ３〜５、ローパスフィルタ６、ＣＣＤ等から成る固体撮像素子７が順次に配列されている。光量調節装置２においては、絞り羽根支持板８に一対の絞り羽根９ａ、９ｂが可動に取り付けられている。絞り羽根９ａには、絞り羽根９ａ、９ｂにより形成される略菱形形状の開口部を通過する可視光域の透過光量を調整するためのＮＤフィルタ１０が接着されている。
【００２４】
図２はＮＤフィルタ１０を製造するための真空蒸着機のチャンバの構成図を示している。チャンバ１１内には、蒸着源１２、回転可能な蒸着傘１３が設けられ、この蒸着傘１３には基板治具１４が配置されている。
【００２５】
図３は基板治具１４の拡大断面図を示しており、この基板治具１４にはＮＤフィルタ１０の基板となる透明基板２１が取り付けられ、蒸着傘１３と共にＺ軸を中心に回転し成膜が行われる。
【００２６】
また、本実施例における基板２１には、透明合成樹脂シートとして芳香族ポリアミド樹脂材料又は芳香族ポリアミド樹脂材料を含む材料を用いている。芳香族ポリアミド樹脂材料は、熱収縮率が極めて低い上に、光学フィルタの用途に適した可視光線透過率９０％以上の光透過率を有している。
【００２７】
更に、一般的に芳香族ポリアミド樹脂は、ガラス転移温度が１５０℃程度あり、近年では３００℃のものも知られている。そのため、従来のＰＥＴ、ＰＥＮ、ノルボルネン系樹脂等の透明合成樹脂シートのガラス転移温度よりも高く、シート表面の皺の発生を有効に防止することができる。
【００２８】
またシートの強度に関しても、曲げ弾性率が１０ＧＰａ程度あるため、破損に強く丈夫な光学フィルタを提供することができる。
【００２９】
基板２１の板厚は、好ましくは２５〜２００μｍの範囲であり、更に好ましくは５０〜１００μｍの範囲である。板厚が２５μｍ以下では薄過ぎて剛性が不足し、蒸着材料に脆い材料である誘電体材料を含むため、透明合成樹脂シートの屈曲によって蒸着膜が剥離し易くなる傾向がある。一方、板厚が２００μｍ以上では、濁度が増加して光の散乱が多くなり、光学フィルタとして使用した際に光学系内でフレアの原因となる。
【００３０】
続いて、基板２１に芳香族ポリアミド樹脂材料を基材としたＮＤフィルタ１０に関する作製方法を以下に説明する。また、比較のためにＰＥＴ及びノルボルネン系樹脂を用いたものも同様の方法で製作した。これらの基材は、樹脂材料のグレードにより差はあるが、本実施例においては表１に示すような透過率及びガラス転移点温度、シート強度を有するものを使用した。
【００３１】
表１
ＰＥＴ  ノルボルネン系樹脂  芳香属ポリアミド樹脂
光透過率            ９０％以上          ９０％以上            ９０％以上
ガラス転移温度（℃）    １１０              １２０          １５０（以上）
シート強度（ＧＰａ）        ４        ０．０６〜３            １０
成膜時の変形（１５０℃）    ×                  △                    ○
取り付け時の変形            △                  △                    ○
アウトガス量                ○                  △                    ○
【００３２】
基板２１に蒸着する物理蒸着膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法或いはスパッタリング法によって形成されるが、膜厚は概ね０．５〜１．０μｍ程度が好ましい。
【００３３】
図４は本実施例におけるＮＤフィルタ１０の膜構成図を示し、基板２１上に１１層から成るＮＤ膜２２が積層され、光透過率は膜厚や蒸着する積層膜の種類や積層する積層膜の層数によって調整している。ＮＤ膜２２は異なる光透過率を有する第１、３、５、７、９層の誘電体膜のＡｌ2Ｏ3層２２ａと、第２、４、６、８、１０層の酸化金属膜のＴｉxＯy層２２ｂを交互に積層している。そして、最表層に硬質膜としてＭｇＦ2膜２２ｃを積層することにより、ＮＤフィルタ１０の表面硬度を確保している。なお、本実施例においては、ＮＤ膜２２に３種類の積層膜を用いたが、それ以外の複数の種類の積層膜を用いてもよい。
【００３４】
表２はＡｌ2Ｏ3層２２ａ、ＴｉxＯy層２２ｂ、ＭｇＦ2層２２ｃの１１層の膜厚を示しており、１１層の物理膜厚は４４６．７ｎｍである。
【００３５】
表２
層数      材料            膜厚（ｎｍ）
１１      ＭｇＦ2       １０６．１
１０      ＴｉxＯy        １５．４
９      Ａｌ2Ｏ3        ４８．７
８      ＴｉxＯy        ４７．２
７      Ａｌ2Ｏ3        ４０．１
６      ＴｉxＯy        ２６．６
５      Ａｌ2Ｏ3        ６５．６
４      ＴｉxＯy        １８．８
３      Ａｌ2Ｏ3        ３６．９
２      ＴｉxＯy          ９．９
１      Ａｌ2Ｏ3        ３１．４
【００３６】
成膜条件は、基板設定温度１５０℃、成膜許可圧力８．４０Ｐａとし、蒸着源１２から基板２１までの距離が１１００ｍｍのチャンバ１１において成膜を行った。
【００３７】
真空粗引きから成膜開始可能な圧力８．４０×１０-4Ｐａに達するまでの排気時間は、基板２１に芳香族ポリアミド合成樹脂樹脂材料及びＰＥＴを用いた場合には２０分程度であるのに対し、ノルボルネン系樹脂材料を用いた場合には約３倍の６０分を要した。
【００３８】
この原因としては、ノルボルネン系樹脂材料はキャスト法により製造している場合が大半であり、その際に使用する塩化メチレン、トルエン、水等が５０度付近で揮発するために、アウトガス量が多くなり、排気時間が長くなるためである。
【００３９】
図５は本実施例におけるＮＤフィルタの目標値の光学特性のグラフ図を示し、濃度１．５（透過率３．１６％）で透過率の平坦性は６％以下、反射率は３％以下となるような光学設計を行っている。
【００４０】
なお、平坦性は可視光域の波長４００〜７００ｎｍの範囲における透過率において、透過率ＴＭａｘ．からＴＭｉｎ．を引いた差を、波長５５０ｎｍの透過率で割った商で求め、式（１）で表される。
（ＴＭａｘ．−ＴＭｉｎ．）／Ｔ５５０ｎｍ    ・・・式（１）
【００４１】
また、透過率と濃度（ＯＤ：Optical Density）の関係は式（２）で表される。
濃度（ＯＤ）＝−Ｌｏｇ（透過率）    ・・・式（２）  
【００４２】
濃度ＯＤは透過率の対数で導くことができ、透過率の値が低いほど濃度は濃くなる関係にある。
【００４３】
また成膜に関しては、表１に示すように芳香族ポリアミド樹脂材料は問題はなかったが、ノルボルネン系樹脂材料では熱による若干の反りが見られた。また、ＰＥＴは反りの発生が大きく、基板設定温度を１００℃に下げて成膜を行った。
【００４４】
その後、蒸着膜の安定性を調べるために、ＮＤフィルタ１０を６０℃、湿度９０％、２４０時間での放置試験を行い、試験前後での透過率を測定した。その結果、芳香族ポリアミド樹脂材料とノルボルネン系樹脂材料は、その差が０．０１％以下と殆ど変化は見られなかったが、ＰＥＴは１００℃以上の熱をかけられないこともあって、試験前後での透過率を測定すると１％前後増加していた。これは蒸着膜の封止密度は成膜時の基板温度が大きく影響し、基板温度が低いと封止密度が低くなり、水分・酸素等を透過し易く、そのため吸収膜であるＴｉXＯYの酸化が促進されたものと考えられる。
【００４５】
また光学特性については、波長４００〜７００ｎｍの範囲において反射率は３％以内で、透過率平坦性は６％以内と問題ない特性になる結果となった。
【００４６】
このようにして作製されたＮＤフィルタ１０を、図６に示すようなカメラの光量調節装置の開口部に対して、出入り自在に配置して作動試験を行った。近年のこのような光量調節装置は、極めて狭いスペースに配置されることが多く、そこに配置されるＮＤフィルタ１０も、光量調節装置の絞り羽根支持板８、絞り羽根９ａ、９ｂ、或いは光量調節装置外部の撮像素子やレンズの近傍に配置されることになる。
【００４７】
その結果、基板設定温度１５０℃で成膜したＰＥＴを基材としたＮＤフィルタ１０は、反りが大きいために光量調節装置の他の部材に引っ掛り、作動不良を引き起こした。また、基板設定温度を１００℃において成膜したものは、作動的には問題なかったが、末だガラス転移点温度に近いため僅かに反りが残り、作動を繰り返すと表面に僅かに傷が発生する場合もあった。また、上述のように反りを解消させる場合には、最終工程で加熱処理をする所謂アニール処理により矯正が必要であり、余分な工程が必要となる。
【００４８】
また、ノルボルネン樹脂材料を基材としたＮＤフィルタ１０は、基板設定温度１５０℃で成膜すると、同様にガラス転移点温度に近いために反りが認められた。また、シート強度が低いため、ＮＤフィルタ１０を作動させるために図６に示すように、絞り羽根９ｂに接着剤で貼り付けると、接着剤の硬化時の収縮や、貼り付け作業自体の負荷により変形を引き起こすことがあった。そのため、作動を繰り返すとＮＤフィルタ１０が他部材と接触し、表面に傷の発生が認められた。
【００４９】
それに対して、芳香族系ポリアミド樹脂材料を基材としたＮＤフィルタ１０は、成膜時の反りや、組立時の変形も少なく、光量調節装置として作動を繰り返しても作動不良やフィルタ表面の傷の発生も見られなかった。
【００５０】
また、このような光量調節装置を図１に示すような撮像装置に組み込んで作動させたところ、芳香族系ポリアミド樹脂材料を基材としたＮＤフィルタ１０は、レンズ等の他部材と当接することによる作動不良や表面の傷の発生は見られなかった。それに対して、ＰＥＴやノルボルネン系樹脂材料を基材としたＮＤフィルタ１０は反りや変形の仕方によって、レンズや撮像素子周辺の部材と干渉することがあった。
【００５１】
また他の実施例として、ＮＤフィルタ１０を光量調節装置の開口部に臨むように配置し、絞り羽根がＮＤフィルタ１０の近傍を動作することもできる。この場合も、ＮＤフィルタ１０と他の部材の相対的な関係は先の実施例と同じなので、同様の結果が得られる。
【００５２】
更に、別の実施例としての芳香族系ポリアミド樹脂材料であるミクトロン（東レ株式会社製：商標）を使用してＮＤフィルタ１０を製作した。この芳香族系ポリアミド樹脂材料は、ガラス転移温度が３００℃であり、可視光線透過率も９０％以上であるため、成膜時の熱による変形が更に少なく、光学特性の優れたＮＤフィルタ１０を作製することができる。
【００５３】
この材料を基材とし、ガラス基板での成膜条件に近い成膜加熱温度を３００℃として成膜を行い、その他の条件は、先の実施例と同様とした。その結果、先の実施例と同様の良好な光学特性を得られたが、このとき形成された膜を観察すると、１５０℃で成膜したものよりもアモルファス膜となっていた。
【００５４】
このため、更に基材と膜の間の屈折率が上がり、反射率が更に低下する傾向が見られ、より良好な光学特性が得られた。また、膜の粒子の密度がより密になり、環境安定性も向上する。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は上述の具体的な形態に限定されるものではない。特に、真空蒸着法により基板上に蒸着膜を成膜する場合について説明したが、他にもスパッタリング法、インクジェットプリンティング法等でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】撮影光学系の構成図である。
【図２】チャンバの構成図である。
【図３】基板治具の拡大断面図である。
【図４】ＮＤフィルタの膜構成図である。
【図５】本実施例におけるＮＤフィルタの目標値の光学特性のグラフ図である。
【図６】光量調節装置の概略図である。
【符号の説明】
【００５７】
１、３〜５  レンズ
２  光量調節装置
６  ローパスフィルタ
７  固体撮像素子
８  絞り羽根支持板
９ａ、９ｂ  絞り羽根
１０  ＮＤ光学フィルタ
１１  チャンバ
１２  蒸着源
１３  蒸着傘
１４  基板治具
２１  透明基板
２２  ＮＤ膜
２２ａ  Ａｌ2Ｏ3層
２２ｂ  ＴｉxＯy層
２２ｃ  ＭｇＦ2層
【図１】
2009251496.tif 000003
【図２】
2009251496.tif 000004
【図３】
2009251496.tif 000005
【図４】
2009251496.tif 000006
【図５】
2009251496.tif 000007
【図６】
2009251496.tif 000008