CN100474003C - 光学多层膜滤波器和电子设备装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是提供一种不使光学性质劣化且能够长时间保持防电效果的光学多层膜滤波器及其制造方法和电子设备装置。作为解决手段，光学多层膜滤波器(10)具有形成于基板(1)上的由多层构成的无机薄膜(2)，构成所述无机薄膜的最表层的氧化硅层的密度为1.9g/cm³～2.2g/cm³。

Description

光学多层膜滤波器和电子设备装置

技术领域

本发明涉及光学多层膜滤波器、光学多层膜滤波器的制造方法以及安装有光学多层膜滤波器的电子设备装置。

背景技术

通常，防反射膜(antireflection film)、半反射镜(half mirror)、低通滤波器等多用于电子设备装置的光学多层膜滤波器由基板和通过蒸镀等形成于基板上的无机薄膜构成。并且，该无机薄膜通常形成由氧化钛(TiO₂)等构成的高折射率膜和由氧化硅(SiO₂)等构成的低折射率膜交错层叠而成的多层结构。

但是，该无机薄膜在结构上没有导电性，所以容易带静电。因此，在光学多层膜滤波器的表面容易附着灰尘，给安装有该滤波器的电子设备的光学特性带来坏影响。

作为对这种非导电性的透明基板采取的静电对策，已知有例如在防尘玻璃的外表面设置透明导电膜的例子(参照专利文献1)。这种透明导电膜不损害玻璃的透明性，而且具有导电性，所以能够有效除去静电。

专利文献1：日本特开2004-233501号公报(权利要求)

但是，在构成多层膜的最表层的膜的光学性质非常重要的光学多层膜滤波器中，如果将专利文献1所述的透明导电膜设置在最表层，则有可能改变光学多层膜滤波器自身的光学特性。而且，独立于光学多层膜滤波器的制造步骤，在其它步骤中设置透明导电膜时，成本方面也是不利的。

发明内容

于是，本发明的目的在于，提供一种不使光学性质劣化且能够长时间保持防电效果的光学多层膜滤波器、简单地制造该滤波器的光学多层膜滤波器的制造方法、以及安装有这种光学多层膜滤波器的电子设备装置。

本发明的光学多层膜滤波器，其具有无机薄膜，该无机薄膜形成于基板上、且无机薄膜由多层构成，所述光学多层膜滤波器的特征在于，构成所述无机薄膜的最表层的氧化硅层的密度为1.9g/cm³～2.2g/cm³。

根据本发明，将构成无机薄膜的最表层的氧化硅层的密度设为1.9g/cm³～2.2g/cm³，从而原本应显示出高绝缘性的氧化硅层(主要为SiO₂膜)的绝缘性降低(导电性增大)。因此，通过摩擦等引起的带电而在表面产生的电荷容易移动，借助向空气中的电晕放电或适当的接地，容易使电荷中和，光学多层膜滤波器上难以附着灰尘等。

而且，电荷容易穿过该氧化硅层到达下层，所以如果下层的绝缘性低(导电性高)，则电荷容易向该滤波器的面方向移动。因此，若下层存在例如与SiO₂相比绝缘性容易变低的氧化钛或其它高折射材料那样的绝缘性低的膜，则能够进一步容易使电荷逃到外部。

此外，本发明中，仅有最表层的氧化硅层的密度稍微变小，对于其它各层，与现有的结构相同，所以光学特性与现有的光学多层膜滤波器相比不会变差。另外，最表层与现有相同为氧化硅层，可以采用与现有的多层膜实质上相同的材料和相同的步骤制造，所以生产性不会下降。

本发明中，优选与构成最表层的氧化硅层相邻的层为透明导电膜。

此处，可以举出例如成分为ITO(Indium Tin Oxide)、IWO、SnO₂、ZnO等的膜，作为透明导电膜。在本发明中的透明导电膜相当于薄层电阻(sheet resistivity)为1×10⁴(orm/square)以下的膜。

根据本发明，与构成最表层的氧化硅层相邻的层为透明导电膜，所以电荷容易在透明导电膜和作为最表层的氧化硅层之间移动，并且，电荷非常容易向该滤波器的面方向移动。因此，能够使最表层的氧化硅层上产生的静电迅速逃到外部。而且，透明导电膜是透明的，因此不会损害光学多层膜滤波器的光学特性。

本发明中，优选所述无机薄膜为UV-IR截止膜或IR截止膜。

根据本发明，能够得到如下的UV-IR截止滤波器(Ultraviolet-Infraredcut filter)和IR截止滤波器(Infrared cut filter)，它们在基板的一侧的面具有无机薄膜，而且，与现有的光学多层膜滤波器相比，难以带静电、难以附着灰尘。

本发明中，优选所述基板为玻璃基板或石英基板。

根据本发明，基板由玻璃基板构成，从而作为例如CCD(电荷耦合器件)等影像元件的防尘玻璃，能够得到一体构成了所希望的滤波器功能、包括UV-IR截止滤波器和IR截止滤波器功能的、难以带静电的光学多层膜滤波器。并且，基板由石英基板构成，从而作为例如光学低通滤波器，能够得到一体构成了所希望的滤波器功能的、包括UV-IR截止滤波器和IR截止滤波器功能的难以带静电的光学多层膜滤波器。

本发明的电子设备装置，其特征在于，在所述电子设备装置中安装有上述的光学多层膜滤波器。

根据本发明的电子设备装置，因安装有上述的光学多层膜滤波器，所以可以作为例如数字静态照相机(digital still camera)或数字视频照相机(digital video camera)等摄像装置、或带照相机的移动电话或带照相机的电脑(个人计算机)有效活用。

本发明的电子设备装置中，优选所述无机薄膜的最表层接地。

根据本发明，构成无机薄膜的最表层的氧化硅层接地，所以能够更高效地使从氧化硅层中移动而来的电荷逃到外部，能够提供难以带静电的电子设备装置。

而且，最表层的SiO₂的密度低，所以电荷容易在SiO₂的内部移动。因此，仅通过将最表层接地，就能够获得除电效果。

本发明的光学多层膜滤波器的制造方法，其是制造在基板上形成由多层构成的无机薄膜的光学多层膜滤波器的方法，所述制造方法的特征在于，通过蒸镀使所述无机薄膜的最表层成膜时的真空度为5×10^-4Pa～5×10^-2Pa。

根据本发明的制造方法，采用在5×10^-4Pa～5×10^-2Pa的真空压力下、进行蒸镀的简便方法，使得构成无机薄膜的最表层的氧化硅层的密度为1.9g/cm³～2.2g/cm³，所以能够有效制造难以带静电的多层膜滤波器。而且，可以采用与现有的多层膜滤波器相同的材料，所以能够采用与现有的多层膜实质相同的材料和相同的步骤制造，因此也不会有生产性下降的可能性。此处，当蒸镀时的真空度大于5×10^-2Pa时，成膜速度下降，并且相对于原料的消耗量，膜的附着量减少，因此并不理想。

附图说明

图1是示出本发明的光学多层膜滤波器的结构的截面图。

图2是将本发明的光学多层膜滤波器设置为接地时的截面图。

图3是示意性地示出进行Ti₃O₅粉末的附着试验时的附着级别的图。

图4是表面电位测定装置的概要图。

图5是表面电阻测定装置的概要图。

图6是示出本发明的电子设备装置(摄像装置)的概要的框图。

符号说明

1...基板(玻璃基板)，2...无机薄膜，10、10’、10”...光学多层膜滤波器，100...摄像模块，110...光学低通滤波器，120...摄像元件，130...驱动部，140...固定夹具，150...接地线缆，200...镜头，300...主体部，400...摄像装置。

具体实施方式

【实施例】

下面，根据实施例和附图，详细说明本发明的光学多层膜滤波器。但是，本发明并不受这些例子的某些限定。另外，各实施例中，对于具有相同的结构和功能的部分，赋予相同符号进行说明。

[实施例1～7、比较例1～7]

本实施例是适于光学多层膜滤波器(UV-IR截止滤波器)的一例，所述光学多层膜滤波器使可见波段通过、并具有使得在预定波长以下的紫外波段和预定波长以上的红外波段中的光吸收少的良好的反射特性。

(光学多层膜滤波器的结构)

图1是示意性地示出本发明的光学多层膜滤波器10的结构的截面图。光学多层膜滤波器10构成为具有：玻璃基板1，其用于使光透过；以及多层的无机薄膜2，其形成于玻璃基板1的上面。

玻璃基板1为白板玻璃(折射率n＝1.52)，本实施例中使用了直径30mm、厚度0.3mm的玻璃基板。

对于无机薄膜2的材料，高折射率材料层(H)由TiO₂(n＝2.40)构成，低折射率材料层(L)由SiO₂(n＝1.46)构成。

该无机薄膜2通过如下方式形成：从玻璃基板1侧起，首先层叠高折射率材料的TiO₂膜2H1，在层叠后的高折射率材料的TiO₂膜2H1上面层叠低折射率材料的SiO₂膜2L1，接着，在低折射率材料的SiO₂膜2L1的上面依次交错层叠高折射率材料的TiO₂膜和低折射率材料的SiO₂膜，无机薄膜2的最上膜层(最表层)层叠低折射率材料的SiO₂膜2L30，从而形成高折射率材料的TiO₂膜和低折射率材料的SiO₂膜分别为30层、共计60层的无机薄膜2。

详细说明该无机薄膜2的膜结构。下面说明的膜厚结构的标记中，使用光学膜厚nd＝1/4λ的值。具体地说，将高折射率材料层(H)的膜厚标记设为1H，同样地将低折射率材料层(L)的膜厚标记设为1L。并且，(xH，yL)^s中的S标记是被称为堆栈数的重复次数，表示周期性地重复括号内的结构。

无机薄膜2的膜厚结构如下：形成设计波长λ为550nm、第一层的高折射率材料的TiO₂膜2H1为0.60H、第二层的低折射率材料的SiO₂膜2L1为0.20L、接着依次为1.05H、0.37L、(0.68H、0.53L)⁴、0.69H、0.42L、0.59H、1.92L、(1.38H、1.38L)⁶、1.48H、1.52L、1.65H、1.71L、1.54H、1.59L、1.42H、1.58L、1.51H、1.72L、1.84H、1.80L、1.67H、1.77L、(1.87H、1.87L)⁷、1.89H、1.90L、1.90H、最表层(最表面)的低折射率材料的SiO₂膜2L30为0.96L的共计60层。

(光学多层膜滤波器的制造方法)

通过一般的使用了离子加速器(ion assist)的电子束蒸镀(所谓IAD法)，在玻璃基板1之上形成无机薄膜2，从而制造了光学多层膜滤波器10。

具体地说，将玻璃基板1安装到真空蒸镀室(未图示)内之后，在真空蒸镀室内的下部配置填充有蒸镀材料的坩锅，利用电子束使蒸镀材料蒸发。同时加速照射利用离子枪离子化的氧(使TiO₂成膜时附加Ar)，从而在玻璃基板1上以上述膜厚结构交错地使TiO₂的高折射率材料层2H1～2H30和SiO₂的低折射率材料层2L1～2L30成膜。最终得到了图1所示的光学多层膜滤波器10。

下面，示出SiO₂膜和TiO₂膜的成膜条件，除了最表层的SiO₂膜以外，在下述的标准条件下成膜。

<SiO₂膜的成膜条件(标准条件)>

     成膜速度：0.8nm/sec

     加速电压：1000V

     加速电流：1200mA

     O₂流量：70sccm

     成膜温度：150℃

<TiO₂膜的成膜条件(标准条件)>

     成膜速度：0.3nm/sec

     加速电压：1000V

     加速电流：1200mA

     O₂流量：60sccm

     Ar流量：20sccm

     成膜温度：150℃

此处，实施例1～7均在使最表层的SiO₂膜(图1中的2L30)成膜时，在将离子枪的加速电压和加速电流设为0的状态下(通过控制所导入的氧气流量)改变成膜装置内的压力，控制密度。即，最表层的SiO₂膜的成膜不是离子加速器蒸镀过程。

而且，实施例7中，采用与实施例3相同的条件，形成最表层的SiO₂膜，进一步将最上层的高折射率层(图1中的2H30)设为ITO膜。ITO膜的成膜条件如下。

<ITO膜的成膜条件>

    成膜速度：0.2nm/sec

    加速电压：500V

    加速电流：300mA

    O₂流量：70sccm

    成膜温度：150℃

比较例1中，SiO₂膜和TiO₂膜全都在上述的标准条件下成膜，形成无机薄膜2’，制造光学多层膜滤波器10’。

比较例2中，仅仅将最上层的高折射率层设为ITO膜，除此之外的层(SiO₂膜、TiO₂膜)全都在标准条件下成膜，形成无机薄膜2”，制造光学多层膜滤波器10”。

将以上的、实施例1～7和比较例1、2中的最表层(SiO₂膜)的成膜条件示于表1。

(分析/评价方法)

(1)最表层的SiO₂膜的密度

在上述各条件下，在硅晶片上以约200nm的厚度形成SiO₂膜之后，使用理学电气制造的ATX-G，通过X线反射率法(GIXR法)，测定SiO₂膜的密度。将测定结果示于表1。

(2)带静电级别(Ti₃O₅粉末的附着级别)

如图2所示，对于光学多层膜滤波器10、10’、10”，通过接地线缆150将最表层(最表面层)即SiO₂膜2L30的端部接地之后，对带静电级别进行测定。具体地说，用无尘摩擦纸(BEMCOT)(100％纤维素)强烈摩擦所述滤波器的表面，赋予使表面电位的初始值达到2000V左右的静电之后，使滤波器与Ti₃O₅粉末接近至相隔1mm的距离，以粉末附着到滤波器表面的程度(附着级别)进行评价。该附着级别采用图3中示意性地示出的5个阶段来进行表示。实用性上来说，优选为C以上。将结果示于表1。

A：基本没有Ti₃O₅粉末附着。

B：附着有勉强能够目视到的程度的Ti₃O₅粉末。

C：略微能够确认到Ti₃O₅粉末的附着。

D：Ti₃O₅粉末的附着很显眼。

E：滤波器的整个面上附着很多Ti₃O₅粉末。

(3)表面电位测定

用无尘摩擦纸(100％纤维素)强烈摩擦所述滤波器的表面，赋予使表面电位的初始值达到2000V左右的静电之后，经过60秒后，测定滤波器的表面电位。为了测定该表面电位，使用图4中示出的表面电位计500。该表面电位计500由TREK-JAPEN制造，为Model 341。该表面电位计500的探针501和滤波器的样品502的表面之间的距离为10mm。载置样品502的台503为金属制，在接地的状态下，进行测定。测定时的环境如下：湿度55％±5％，气温：25℃±3℃。

(4)表面电阻(薄层电阻)测定

测定滤波器的样品的表面电阻。为了测定该表面电阻，使用图5中示出的表面电阻测定装置504。该表面电阻测定装置504由三菱化学制造，为高精度电阻率检测仪UP MCP-HT45。该表面电阻测定装置504的探针505与滤波器的样品502的表面抵接。载置样品502的台506为Teflon(注册商标)制。该测定条件为1000V、30sec。测定时的环境如下所示：湿度55％±5％，气温：25℃±3℃。

[表1]

(评价结果)

如实施例1～7所示，将离子枪的输出设为0时，SiO₂膜的密度下降到小于理论密度2.2。并且，可知密度还取决于成膜时的压力，压力越高，SiO2膜的密度越低。

另一方面，如比较例1、2所示，在利用离子枪进行加速的同时成膜的情况下，SiO₂膜的密度为2.213(大于理论密度2.2的原因认为是利用加速器打入O(氧)原子而引起的)。同样地比较例6、7的SiO₂膜的密度为2.221。

并且，这样的最表层的SiO₂膜的密度直接影响带静电级别，实施例1～7的附着级别均为A～C。而且，若SiO₂膜的密度下降，则附着级别进一步提高。

此外，像实施例7那样将最上层的高折射率膜设为透明导电膜(ITO膜)的情况下，即、与最表层的SiO₂膜相邻设置了ITO膜的情况下，附着级别为A，与实施例3相比，得到进一步提高。

相对于此，在比较例1、2、6、7中，可知最表层的SiO₂膜的密度高，容易带静电。即使像比较例2那样在相邻层上存在ITO膜，也没有效果。

另外，实施例1～6是真空度为0.0005Pa～0.0500Pa时的结果。真空度0.0005Pa以下是一般的真空装置的临界值，不能将真空度设定到该数值以下。并且，真空度0.0500以上是量产上无法使用的值，在上限值以上的真空度中，粒子的平均自由步骤缩短，成膜速度急剧下降。若真空度在该范围内，则最表层的SiO₂膜的密度处于1.98～2.04的范围，此时的薄层电阻值为1.3×10¹¹～1.20×10¹²，而且，表面电位达到150V以下。残留的表面电位越小越好，作为实用上的附着级别，只要为“C”左右，就没有问题。另外，一般常说为了除去静电使表面电阻达到10¹⁰orm/square左右，但在用作光学部件的情况下，10¹²orm/square左右就足够。因此，只要最表层的SiO₂膜的密度在1.98～2.04的范围内，就能得到理想的防尘表面。

比较例1、3～7是在真空度与实施例1～6相同的状态下使离子枪动作的结果。这些比较例中，为了使真空度达到所希望的值，调整了本说明书第6页第3段中的SiO₂的成膜条件的部分的O₂流量。

比较例3、4中，由于真空度过低，所以离子枪不动作，因此在该条件下无法进行成膜。在比较例1、5、6中，表面电阻值为1×10¹⁵orm/square以上。并且，表面电位基本不会从初始值起衰减，而维持在2000V左右。其结果，附着级别为“E”。因此，若最表层的SiO₂膜的密度为2.2以上，则得到防尘性差的表面。

比较例2是最上层为SiO₂、其下层插入有ITO膜(ITO自身的薄层电阻为1×10⁴以下)的情况，比较例2的薄层电阻为7.8×10⁵，非常低，但表面电位为1100V，附着级别为“E”。这是因为，测定表面电阻时需要较大的电极，所以电流经由位于最上层的SiO₂的针孔(微小的孔)流入，因此电阻下降。但是，静电的情况下，针孔附近的电荷可以经由从上方起为第二层的由ITO构成的透明导电膜来除去，但位于远离针孔的位置的电荷不能移动，因此，电荷在最表层的SiO₂上以孤立的状态残留。因此，表面电位维持在高的状态。相对于此，实施例7中最表层的SiO₂的密度低，所以电荷能够穿过SiO₂，经由从上方起为第二层的由ITO构成的透明导电膜来除去。

在以上的实施例中，说明了将白板玻璃用作玻璃基板1的情况，但不限于此，还可以使用BK7、蓝宝石玻璃、硼酸玻璃、蓝板玻璃、SF3、以及SF7等透明基板，也可以使用一般市售的光学玻璃。

另外，说明了作为高折射率材料层的材料使用TiO₂的情况，但也可以应用Ta₂O₅、Nb₂O₅。

[实施例8]

下面，说明包含实施例1～7的光学多层膜滤波器10来构成的电子设备装置。本实施例是作为电子设备装置应用于例如拍摄静态图像的数字静态照相机的摄像装置的一个实施例。

图6是示出本发明的电子设备装置的一个构成例的说明图，示出了摄像模块100和包括该摄像模块100的摄像装置400的构成例。图6所示的摄像模块100构成为包括：光学多层膜滤波器10、光学低通滤波器110、将光学像电转换的摄像元件的CCD(电荷耦合器件)120、以及驱动该摄像元件120的驱动部130。

光学多层膜滤波器10如本发明的实施例中说明的那样由玻璃基板1和无机薄膜2构成，该无机薄膜2通过交错层叠高折射率材料层和低折射率材料层而成，所述光学多层膜滤波器10具有IR-UV截止滤波器功能。该光学多层膜滤波器10借助固定夹具140设置于CCD120的前面，与所述CCD120构成为一体，一并具有CCD120的防尘玻璃功能。该固定夹具140由金属构成，其与光学多层膜滤波器10的最表层电连接。而且，固定夹具140通过接地线缆150接地(落地)。

摄像装置400构成为包括：摄像模块100；镜头200，其配置于光入射侧；以及主体部300，其对从摄像模块100输出的摄像信号进行记录/再现等。另外，虽未图示，主体部300包括如下等构成要素：信号处理部，其进行摄像信号的校正等；记录部，其将摄像信号记录到磁盘等记录介质中；再现部，其再现该摄像信号；以及显示部等，其显示所再现的影像。这样构成的数字静态照相机，通过搭载一体具备CCD120、防尘玻璃功能和IR-UV截止滤波器功能的光学多层膜滤波器10，能够提供粘合精度高、光学特性强且良好的数字静态照相机。另外，对于实施例的摄像模块100，说明了与镜头200分离配置的结构，但摄像模块也可以包括镜头200来构成。

产业上的可利用性

本发明涉及难以带静电的光学多层膜滤波器以及这种光学多层膜滤波器的制造方法，在数字静态照相机或数字视频照相机等电子设备装置的领域中能够良好地利用本发明。

Claims (6)

1.一种光学多层膜滤波器，该光学多层膜滤波器具有无机薄膜，所述无机薄膜形成于基板上、且所述无机薄膜由多层构成，所述光学多层膜滤波器的特征在于，构成所述无机薄膜的最表层的氧化硅层的密度为1.9g/cm³～2.2g/cm³。

2.根据权利要求1所述的光学多层膜滤波器，其特征在于，与所述构成最表层的氧化硅层相邻的层为透明导电膜。

3.根据权利要求1所述的光学多层膜滤波器，其特征在于，所述无机薄膜为UV-IR截止膜或IR截止膜。

4.根据权利要求1所述的光学多层膜滤波器，其特征在于，所述基板为玻璃基板或石英基板。

5.一种安装有权利要求1～4中的任意一项所述的光学多层膜滤波器的电子设备装置。

6.根据权利要求5所述的电子设备装置，其特征在于，所述无机薄膜的最表层接地。

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