TWI271551B - Neutral density filter - Google Patents

Description

1271551 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種中性密度濾光片（Neutral Density Filter，ND Filter)，尤指一種其光譜透射率之平坦度極佳的高濃度的中性密度濾光 【先前技術】 目前，濾光片已經被廣泛應用於投影機、傳統相機、數位相機、手 機、天文望遠鏡等光學器材中，用來使得該等光學器材能夠實現不同 的光學功能。按照遽光片的光譜特性來分，主要有帶通濾光片、截止 濾光片、一向分光濾、光片、反射遽光片及中性密度濾光片。中性密度 濾光片係具有一定的光學密度，其可以減少入射到光學器材之感光膠 片或CCD 4固態感光元件上的光通量，根據其光學密度的不同，其對 光線的阻減作用亦各不相同，但無論其密度大小均不會改變光線的色 彩分佈。例如：在陽光強烈的環境下進行拍照時，要想用大光圈但快 門的速度有限而不夠快時，可以在鏡頭前加裝中性密度濾光片來作減 光之用。 具有固定密度的中性密度濾光片會把所有波長的光線一律減弱，即 在可見光範圍内的所有光譜具有一致的光透射率。有關固定密度的中 性控度濾光片可參閱由美國專利第5,715，103號、第6,842,302B2號及 第6,842,301B2號所揭示的内容。 由美國專利第5,715，1〇3號所揭示的中性密度滤光片是在基板上形 1271551 成一個由多層防反射膜層構成的絕緣膜層，該多層防反射膜層的材料 是從Al2〇3、MgF2和Si〇2中進行選擇的，並且濾光片與空氣接觸的 一側是一 MgF2膜層。 由美國專利第6,842,302B2號及第6,842,301B2號所揭示的中性密 度濾光片是在一個透明的塑膠基板上設置一個鎳鉻合金膜層和一個 Si〇2膜層，並在頂部設置一個膜層，其中該鎳鉻合金膜層含有 90%的金屬鎳和10%的金屬鉻，而Si〇2膜層則充當防反射膜層。然而， 鎳鉻合金膜層和Si〇2膜層相結合共同構成的中性密度濾光片不太穩 定，而且使得相應的製程比較複雜。 上述習知中性密度濾光片的製鍍大都採用Ti02不充足夠的氧氣產 生吸收效應後，和Al2〇3、MgF2相互搭配來完成。但上述習知技術中 並未提及薄膜排列結構是否為對稱。此外，這種製鍍方法不僅製程複 雜，而且必須仔細考慮並計算由於充氧量不足而可能造成Ti02吸收量 的不穩定，而容易對成品的分光效果造成不良影響。 近來’隨著攝影器材的靈敏度的提高，可以通過加重中性密度遽光 片的濃度來進一步降低光的透射率，從而使得光圈開口可以增大。惟， 若以現行的中性密度濾光片對於透射率平坦度的要求是以最大透射率 值（Tmax)與最小透射率值（Tmin)的差值小於平均透射率值（T^g) 乘以百分之八，即（Tmax一Tmin) < Tavg*8%，且入射光的波長範圍 爲400〜700nm來計算時，因高濃度的中性密度濾光片之平均透射率值 (Tavg)相對於低濃度的平均透射率值（Tavg)是比較低，從而使得

1271551 南濃度之（Tmax—Tmin)的差距值相對於低濃度之（Tmax_Tmin) 的差距值要更小。例如，當中性密度濾光片的密度等於〇·8，其平均透 射率值（Tavg)爲15.8時’其平坦度（〔「max—Tmin)的值是小於1.25%; 當中性密度濾光片的密度等於h6，其平均透射率值（Tavg)爲2·5時， 其平坦度（Tmax—Tmin)的值是小於〇 2%。 從上述分析可知，高濃度的中性密度濾光片對於光譜透射率的平坦 度要求相較於低濃度的巾性密錢光片對於光譜透射率的平坦度要求 是更爲嚴格，而習知膜層結構是錄滿足對高紐的巾性密度遽光片 之平坦度要求。故，有必要對f知巾性密錢光狀麟結構進行改 進’以提高目前高濃度的中性密度濾光片之平坦度。 【發明内容】 本發明之主要目的在於提供_種中性密度滤光片，其具有平坦度特 性佳及分光特性佳的特點。 依據本㈣之上述目的’本翻提供—種中性密度濾制

於基板—側的複數膜層，該制結構爲 0.4M3LmH1.25L0.25H1.25L，复中 w 主 一 ^ A ，、甲Η表不面折射率膜層，其採用了鐵 祕。金作爲麟，L表祕购率顯，該膜騎質爲如2; Μ表 示:折射轉於高折群闕與趣之間財間膜層，財間膜層是 作爲一首層直接鑛製於基板一側矣 <表面上，及mH係該中性密度濾光 片的濃度調整層，m表示一個可 乂根據該中性密度濾光片之濃度與光 譜透射率來確定的數值。 1271551 在上述基板之另一側表面上亦設置有一結 & 〇.4M3LmH1.25L0.25H1.25L 的膜層。 上述臈層結構中的m值與中性密度濾光片的光譜透射率是成等比 例關係，且濃度越大，所述m值就越大，而光譜透射率就越低。光嘈 透射率每降低2.5%，m值便需在原數值上乘以h4。 上述中間膜層的材料折射率是位於1·8〜2·2之間。 ，上述高折射率膜層中的鐵、鎳、鉻的含量分別為··鐵^1%、鎳 # 及鉻 $ 19.2%。 上述基板可以是PET基板、PC或其它塑膠材料、玻璃材料及其它 透明材料。 與本發明之先前技術相比較，本發明中性密度濾光片主要是利用一 折射率位於高折射率膜層與基板之間的中間膜層作爲一首層直接鍍製 於基板表面上，再搭配鐵鎳鉻合金與Si〇2進行堆疊，同時還要對基板 _ 貝加雙面鐘膜，猎此膜層結構可以使得本發明中性密度渡光片之平坦 # 度特性及分光特性均爲極佳。此外，由於在本發明的膜層結構中還採 用了》辰度《周整層，猎此可以使得滤光片在不同的光譜透射率要求下均 可得到極佳的光譜特性。 【實施方式】 請參照第一圖所示，本發明中性密度濾光片1是一高濃度的中性密 度濾光片，其包括有一基板10及鍍製於基板10上的複數膜層20，實 際的實施例中，膜層可以是分別被鍍製在基板的一側或兩側，而為了 8

1271551 說明上的簡便，在第一圖中只顯示了基板及其一側的鍍膜。 該中性濾光片1所使用的基板1〇可以是玻璃基板、透明塑膠基板、 壓克力基板或其他透明基板，在本實施例中，基板1〇採用的是pET塑 膠基板，基板10厚度約爲1〇〇μιη。亦可採用pc或其它塑膠材料、玻 璃材料及其它透明材料 上述膜層2〇疋以0.4M3LmH1.25L0.25H1.25L的堆疊方式鐘製於基 板10上，其中Η表示高折射率膜層，其採用了鐵鎳鉻合金作爲膜材， 該Η膜層中鐵、錄、鉻的含量分別為：鐵^1%、錄❹外。及絡 且1H的光學厚度爲0·20ππι，其物理厚度爲4〇nm，中心波長是他 L表示低折射率膜層，該膜層材質爲Si〇2,且1L的光學厚度爲㈣警 其物理厚度爲6〇mn，巾碰長是物啦；及M絲—騎率界於h 膜層與PET基板10之間的中間膜層M，其折射率11等於丨8 在本實施例中，首先是要將-中間膜層料爲首層直接鍛製於基 板H)上’再以低折射賴層L與高折射辅層Η相妓替層疊於該中 間膜層Μ上。藉此形賴2G之詳細結構是顯Ζ間膜層 Μ ’第二膜層爲低折射率L膜層，第三膜層爲高折射率騎/第二 膜層爲低折射率膜層L·，第五膜層爲高折射率膜層Ή， ^ ’第六膜層爲低折 射率膜層L。其中第-膜層（讀）之中間膜層“是物倍的四八 之一波長膜厚鍍製祕板上’·第二膜層（3L)之鱗射顿層L是^ 3倍的四分之一波長膜厚鍍製於第一膜層上；第三 9疋 、層（mH)之高折 射率膜層Η是以m倍的四分之一波長膜厚鍍製於第一 布〜祺層上，該膜層 Ϊ271551 (mH)爲濾、光片的濃度調整層，m值可根據濃度需要及光譜透射率的 要求而定（容後詳述）；第四膜層（1.25L)之低折射率膜層L是以125 倍的四分之一波細厚難於第頌層上；第五膜層（g.25H)之高折 射率膜層Η是以〇·25倍的四分之一波長膜厚鍍製於第四膜層上；第六 膜層（U5L)之低折射麵層L& h25倍的四分之—波長膜賴製 於第五膜層上。按照此方式進行膜層堆疊可以得到光譜特性極佳的中 性密度濾光片。 上述膜層20中之各膜層之膜厚的具體值還可以根據具體要求和應 用環境來確定。 上述膜層2〇中的第三膜層（mH)係濃度調整層，濃度越濃瓜值 越大，而濃度越濃光譜透射率T(%)就越低。丁(％)與m值是成等比麵 係，T(%)每降低2.5%，m值便需在原數值上乘以u。較佳地，可再 輸入膜層設計軟紐化，使得巾賴光更佳地透射率平坦度。 下面以T=10%爲基準來舉例說明兩者間之等比例關係： T=l〇% -> m=0.4 T=7.5% -> m=0.55 T=5〇/〇 m=0.75 T=2.5% m=1.05 T=l% m=1.5 按照光譜透射料T=1G%來設計巾性密度觀#丨之膜層2〇，在 波長範Μ彻〜7GGnm之_能祕到的絲透射轉_線請參照 第二圖所不’而其光譜反射轉性曲線請參照第三圖所示。當然，若 10 1271551 • 样爲其他值時，如：7.5%、5%、2.5%、1%或其他，也可以得 "曰透射率之平坦度雛難的鱗，在此就不將其減曲線一一 呈現。 上述鍍膜的過程可採用一般蒸鍍方法製鍍而成，但在製鐘時可減 製祕件，以調整本發日种性密度濾、光#的分光平坦度。例如，當對 中性讀據光片的第一面進行製鑛後，可以得到（Tmax—TmW < W 馨 AR<2/° ’其中Tmax表示入射光通過中性遽光片之最大透射率值， • Tmm表示人射絲射_光狀最小透辦值，R表示反射率，波 長範圍爲_〜7〇0ffin的辦透射率之平坦度特性曲線示意目，如第四 圖所示。 爲能進-步制比設計值更佳之平坦麟性曲線，在本實施例中還 可以對中性密度遽光片！進行雙面製鍍，便可以得到（丁咖卜丁而^ <0.5%的平坦度特性（如第五圖所示）m/〇的反射率特性（如第 • 六圖所示），即在基板10的另一面亦錢一個與上述膜層20結構招同的 • 膜層，藉由該雙面設計形成互補性的分光光譜，可以得収佳的透射 光平坦度特性。 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出專利申 請。惟，以上所述者僅爲本發明之較佳實施方式，舉凡熟習本案技從 之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆涵蓋於後附之申 清專利範圍内。 【圖式簡單說明】 I27l55i 第一圖係本發明中性密度濾光片及其膜層結構的示意圖。 第二圖係依照光譜透射率爲10%來設計中性密度濾光片之膜層結構所 得之在波長範圍爲400〜700nm之間的光譜透射率之特性曲線示意 第三圖係依照光譜透射率爲10%來設計中性密度濾光片之膜層結構所 得之在波長範圍爲400〜700nm之間的光譜反射率之特性曲線示意 圖。 第四圖係當光譜透射率之理論設計值爲10%，並且對中性密度濾光片進 行雙面製鍍後，所得之優化後的光譜實際透射率之平坦度特性示意 圖。 弟五圖係當光譜透射率之理論設計值爲1〇%，並且僅對中性密度濾光片 的第一面進行製鍍後，所得之優化後的光譜實際透射率之平坦度特 性示意圖。 % 鲁 中性费度濾光片1 基板 膜層 20 卑六圖係當光譜透群之理論設計值爲·，並且對巾略麟光片進 行雙面製鍍後’所得之優化後的實際反鱗的碰示音圖。 【主要元件符號說明】 12

Claims (1)

1271551 - 拾、申請專利範圍： 1 ·一種中性密度濾光片，其具有一基板及設置於基板一側的複數 膜層，該膜層結構爲0.4M3LmHL25L0.25H1.25L，其中Η表 示高折射率膜層，其採用了鐵鎳鉻合金作爲膜材；L表示低折 射率膜層，該膜層材質爲Si〇2 ; Μ表示一折射率界於高折射率 膜層與基板之間的中間膜層，該中間膜層是作爲一首層直接鍍 _ 製於基板一侧之表面上；及_係該中性密度濾光片的濃度調 整層，m表示一個可以根據該中性密度濾光片之濃度與光譜透 射率來確定的數值。 2 ·如申請專繼圍第1撕述之巾性密度濾光#，其巾在基板另 一側的表面上亦設置有一結構爲〇 4M3LmH1 25L〇 25Hi 25l 的膜層。 3 ·如申請專纖圍第丨或2項所述之中性密度濾光片，其中膜層 _ 結構中的m值與中性密度濾光片的光譜透射率是成等比例關 係，且濃度越大，所述m值就越大，而光譜透射率就越低。 4 ·如申請專概圍第3 _述之中性密錢、光片，其中中性密度 濾光片的光譜透射率每降低2·5%，m值便需在原數值上乘以 L4 〇 5.如申請專利範圍第丨或2項所述之中性密度渡光片，其中中間 膜層的材料折射率是位於1.8〜2.2之間。 6 ·如申鱗利難第5項舰之巾性密錢光片，其巾高折射率 13 1271551 膜層中的鐵、鎳、鉻的含量分別為：鐵^1%、鎳^75%及鉻 ^19.2%〇 7·如申請專利範圍第6項所述之中性密度遽光片，其中基板是透 明塑膠基板。 8·如申請專利範圍第6項所述之中性密度渡光片，其中基板可以 是PET基板。 9 · -種高濃度的巾雜錢灿，其具有-基板及設置於基板兩 側的複數膜層，其中位於基板兩側的膜層結構相同，且都是以 -其材料折射率錄L8〜2·2之騎巾賊層作爲—首層直接 Μ製於基板表面上’再以低折射率膜層、高折射率膜層相互交 替層疊於對應的中間膜層上。 10 ·如申明專利|&圍第9項所述之高濃度的中性密度滤光片，其中 位於基板兩側的膜層結構均爲〇.4M3LmHL25L0.25H1.25L，其 中M表不中間膜層，Η表示高折射率膜層，L表示低折射率膜 層m表示個可以根據中性密度濾光片之濃度與光譜透射率 來確定的數值。 1卜如申請專利範圍第1〇項所述之高濃度的中性密度滤光片，其 中’冋折射麵層是採用了鐵鎳鉻合金作爲膜材。 I2·如申请專利範圍第u項所述之高漠度的中性密度滤光片，其 中高折射率朗巾的鐵、鎳、鉻的含量分別為 :鐵^1%、鎳 $75% 及鉻 $19.2〇/。。 14 1271551 13 ·如申請專利範圍第1〇項所述之高濃度的中性密度濾光片，其 中低折射率膜層之材質爲Si02。 14 ·如申請專利範圍第10項所述之高濃度的中性密度濾光片，其 中基板是PET基板、PC或其它塑膠材料、玻璃材料及其它透 明材料之其中一者。 15 ·如申請專利範圍第10項所述之高濃度的中性密度濾光片，其

中膜層結構中的mH層係該中性密度濾光片的濃度調整層，濃 度越大，所述m值就越大，而光譜透射率就越低。 16 ·如申請專利範圍第15項所述之高濃度的中性密度濾光片，其 中m值與光譜透射率是成等比例關係。 17 ·如申請專利範圍第16項所述之高濃度的中性密度濾光片，其 中中性密度濾光片的光譜透射率以10%為上限值，每降低 2.5%，m值便需在原數值上乘以1.4。

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