JP4207083B2 - 光学多層膜フィルタ、光学多層膜フィルタの製造方法および電子機器装置 - Google Patents
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Description
る光学多層膜フィルタは、基板と基板上に蒸着等によって形成された無機薄膜とから構成される。また、この無機薄膜は、一般に酸化チタン(TiO2)等からなる高屈折率膜と酸化ケイ素(SiO2)等からなる低屈折率膜とが交互に積層された多層の構造を形成している。
しかし、この無機薄膜は、構造上導電性がないため、静電気を帯びやすい。それ故、光学多層膜フィルタの表面にはほこりがつきやすく、該フィルタを組み込んだ電子機器の光学特性に悪影響を及ぼすことがある。
このような非導電性の透明基板に対する静電気対策としては、例えば、防塵ガラスの外表面に透明導電膜を設けた例が知られている(特許文献1参照)。このような透明導電膜は、ガラスの透明性を損なわず、しかも導電性を有することで静電気を効果的に除去することができる。
本発明によれば、無機薄膜の最表層を構成する酸化ケイ素層の密度を1.9〜2.04g/cm3とすることによって、本来高い絶縁性を示すはずの酸化ケイ素層(主にSiO2膜)の絶縁性が低下する(導電性が高くなる)。そのため摩擦等による帯電によって表面に発生した電荷が移動しやすくなり、空気中へのコロナ放電やあるいは適当なアースによって容易に電荷が中和され、光学多層膜フィルタにゴミ等の付着が生じにくくなる。
さらに、前記最表層以外の一部の複数層を構成する酸化ケイ素層の密度が2.21g/cm 3 以上とすることによって、最表層の酸化ケイ素層の密度がわずかに小さくなるだけであり、従来と同じ構成でよいため、光学特性は従来の光学多層膜フィルタに比べて劣ることはない。
さらに、本発明では、最表層の酸化ケイ素層の密度がわずかに小さくなるだけであり、他の各層については従来と同じ構成でよいため、光学特性は従来の光学多層膜フィルタに比べて劣ることはない。また、最表層は、従来と同じ酸化ケイ素層であり、従来の多層膜と実質的に同じ材料・同じ工程で製造できるため生産性が低下することもない。
ここで、透明導電膜としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IWO、SnO2、ZnOなどを成分とする膜が挙げられる。本発明における透明導電膜は、シート抵抗が1×104(ohm/□)以下の膜が該当する。
この発明によれば、最表層を構成する酸化ケイ素層に隣接する層が透明導電膜であるため、最表層である酸化ケイ素層との電荷の移動が容易となるとともに、該フィルタの面方向に電荷が極めて移動しやすくなる。それ故、最表層の酸化ケイ素層に生じた静電気を速やかに外部に逃がすことができる。また、透明導電膜は透明であるため、光学多層膜フィルタの光学特性を損なうこともない。
この発明によれば、基板の一方の面に無機薄膜を有し、しかも従来の光学多層膜フィルタに比較して静電気が帯電しにくくホコリがつきにくい、UV−IRカットフィルタ(Ultraviolet-Infrared cut filter)およびIRカットフィルタ(Infrared cut filter)を得ることができる。
この発明によれば、基板がガラス基板で構成されることにより、例えばCCD(電荷結合素子)などの映像素子の防塵ガラスとして、しかも所望のフィルタ機能を一体的に構成した防塵ガラスとして機能し、UV−IRカットフィルタおよびIRカットフィルタ機能を含み、静電気の帯電しにくい光学多層膜フィルタを得ることができる。
また、基板が水晶基板で構成されることにより、例えば光学ローパスフィルタとして、しかも所望のフィルタ機能を一体的に構成した、UV−IRカットフィルタおよびIRカットフィルタ機能を含む静電気の帯電しにくい光学多層膜フィルタを得ることができる。
本発明の電子機器装置によれば、上述した光学多層膜フィルタが組み込まれているので、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置として、あるいは、カメラ付携帯電話やカメラ付携帯型パソコン(パーソナルコンピュータ)として有効に活用できる。
この発明によれば、無機薄膜の最表層を構成する酸化ケイ素層がアースされているので、酸化ケイ素層中を移動してきた電荷をより効率的に外部に逃がすことができ、静電気の帯電しにくい電子機器装置を提供できる。
その上、最表層のSiO2の密度が低いため、SiO2の内部を電荷が移動しやすい。そのため、最表層をアースするだけで除電効果が得られる。
本発明の製造方法によれば、5×10−4〜5×10−2Paの圧力真空下で蒸着を行うだけという簡便な方法で、無機薄膜の最表層を構成する酸化ケイ素層の密度を1.9〜2.04g/cm3とするので、静電気が帯電しにくい多層膜フィルタを効率よく製造することができる。また、従来の多層膜フィルタと同じ材料でよいため、従来の多層膜と実質的に同じ材料・同じ工程で製造できるため生産性が低下することもない。ここで、蒸着時の真空度が5×10−2Paを越えると成膜速度が低下するとともに、原料の消費量に対して膜の付着量が小さくなるために好ましくない。
〔実施例1〜7、比較例1〜7〕
本実施例は、可視波長域を通過し、所定波長以下の紫外波長域と所定波長以上の赤外波長域での光の吸収が少ない良好な反射特性を有する光学多層膜フィルタ(UV−IRカットフィルタ)に適用した一例である。
図1は、本発明に係る光学多層膜フィルタ10の構成を模式的に示す断面図である。光学多層膜フィルタ10は、光を透過させるためのガラス基板1と、ガラス基板1の上面に多層の無機薄膜2とを備えて構成される。
ガラス基板1は、白板ガラス(屈折率、n=1.52)であり、本実施例では、直径30mm、厚さ0.3mmのものを用いた。
この無機薄膜2は、ガラス基板1側から、高屈折率材料のTiO2膜2H1がまず積層され、積層された高屈折率材料のTiO2膜2H1の上面に、低屈折率材料のSiO2膜2L1が積層され、以下、低屈折率材料のSiO2膜2L1の上面に高屈折率材料のTiO2膜と低屈折率材料のSiO2膜が順次、交互に積層され、無機薄膜2の最上膜層(最表層)は、低屈折率材料のSiO2膜2L30が積層されて、各々30層、計60層の無機薄膜2を形成している。
一般的なイオンアシストを用いた電子ビーム蒸着(いわゆるIAD法)によりガラス基板1の上に無機薄膜2を形成して光学多層膜フィルタ10を製造した。
具体的には、ガラス基板1を真空蒸着チャンバ(図示せず)内に取り付けた後、真空蒸着チャンバ内の下部に蒸着材料を充填したるつぼを配置し、電子ビームにより蒸発させた。同時にイオン銃によりイオン化した酸素(TiO2の成膜時はArを付加する)を加速照射することにより、ガラス基板1上にTiO2の高屈折率材料層2H1〜2H30とSiO2の低屈折率材料層2L1〜2L30を、前記した膜厚構成で交互に成膜した。最終的に、図1に示すような光学多層膜フィルタ10が得られた。
<SiO2膜の成膜条件(標準条件)>
成膜速度:0.8nm/sec
加速電圧:1000V
加速電流:1200mA
O2流量:70sccm
成膜温度:150℃
成膜速度:0.3nm/sec
加速電圧:1000V
加速電流:1200mA
O2流量:60sccm
Ar流量:20sccm
成膜温度:150℃
また、実施例7では、最表層のSiO2膜を実施例3と同じ条件で成膜し、さらに高屈折材料の膜の最上層(図1における2H30)をITO膜とした。ITO膜の成膜条件は、以下の通りである。
成膜速度:0.2nm/sec
加速電圧:500V
加速電流:300mA
O2流量:70sccm
成膜温度:150℃
比較例2では、高屈折材料の膜の最上層のみをITO膜とし、そのほかの層(SiO2膜、TiO2膜)はすべて標準条件で成膜して無機薄膜2’’を形成し、光学多層膜フィルタ10’’を製造した。
以上の、実施例1〜7および比較例1、2における最表層(SiO2膜)の成膜条件を表1に示す。
(1)最表層のSiO2膜の密度
前記した各々の条件で、SiO2膜を、Siウエハー上に約200nmの厚みに成膜した後、理学電気製ATX−Gを用いて、X線反射率法(GIXR法)によりSiO2膜の密度を測定した。測定結果を表1に示す。
図2に示すように、光学多層膜フィルタ10、10’、10’’について、最表層(最表面層)であるSiO2膜2L30の端部をアースケーブル150により接地した後、静電気の帯電レベルを測定した。具体的には、ベンコット(セルロース100%)で前記フィルタの表面を強く擦り、初期値として表面電位が2000Vと程度になるように静電気を与えた後、フィルタをTi3O5粉末に1mmの距離まで近づけ、粉末がフィルタの表面に付着した程度(付着レベル)で評価した。この付着レベルは、図3に模式的に示すように5段階で表した。実用的にはC以上であることが好ましい。結果を表1に示す。
A:ほとんどTi3O5粉末が付着しない。
B:かろうじて目視できるほどのTi3O5粉末が付着する。
C:Ti3O5粉末の付着がやや認められる。
D:Ti3O5粉末の付着がかなり目立つ。
E:フィルタの全面にTi3O5粉末が激しく付着している。
(3)表面電位測定
ベンコット(セルロース100%)で前記フィルタの表面を強く擦り、初期値として表面電位が2000Vと程度になるように静電気を与えた後、60秒経過後に、フィルタの表面電位を測定した。この表面電位を測定するために、図4で示される表面電位計500を用いる。この表面電位計500はトレックジャパン製、Model341である。この表面電位計500はプローブ501とフィルタのサンプル502の表面との距離が10mmである。サンプル502を載置するステージ503は金属製で、アースした状態で測定が行われる。測定時の環境は湿度55%±5%、気温25℃±3℃である。
(4)表面抵抗(シート抵抗)測定
フィルタのサンプルの表面抵抗を測定した。この表面抵抗の測定のため図5で示される表面抵抗測定装置504を用いる。この表面抵抗測定装置504は、株式会社ダイアインスツルメンツ製、(Hiresta−UPMCP-HT45)である。この表面抵抗測定装置504はプローブ505がフィルタのサンプル502の表面と当接している。サンプル502を載置するステージ506はテフロン(登録商標)製である。この測定条件は1000V,30secである。測定時の環境は湿度55%±5%、気温25℃±3℃である。
実施例1〜7のように、イオン銃の出力を0にした場合、SiO2膜の密度は、理論密度2.2より低下していることがわかる。また、成膜時の圧力にも依存し、圧力が高くなるほど、SiO2膜の密度が低下することもわかる。
一方、比較例1、2のようにイオン銃によるアシストを行いながら成膜した場合のSiO2膜の密度は2.213である(理論密度2.2を超えている原因は、アシストによるO(酸素)原子の打ち込みによると思われる)。同様に、比較例6,7のSiO2膜の密度は2.221である。
そして、このような最表層のSiO2膜の密度は、そのまま静電気の帯電レベルに影響し、実施例1〜7の付着レベルはいずれもA〜Cである。また、SiO2膜の密度が低下すると、付着レベルがより向上することがわかる。
そして、実施例7のように最上層の高屈折率膜を透明導電膜(ITO膜)にした場合、すなわち、最表層のSiO2膜に隣接してITO膜を設けた場合の付着レベルはAであり、実施例3と比較してさらに向上していることがわかる。
これに対して、比較例1、2,6,7では、最表層のSiO2膜の密度が高く、静電気が帯電しやすいことがわかる。たとえ、比較例2のように隣接層にITO膜が存在しても効果がない。
なお、実施例1〜6は、真空度が0.0005〜0.0500Paの場合での結果である。真空度の数値が0.0005Pa未満は一般的な真空装置の限界値であり、当該数値未満に真空度を設定することができない。また、真空度の数値が0.0500を超えるのは量産上使用できない値であり、上限値以上の真空度では粒子の平均自由工程が短くなり、成膜速度が極端に低下する。真空度が当該範囲内であれば、最表層のSiO2膜の密度が1.98〜2.04の範囲にあり、そのときのシート抵抗値は1.3×1011〜1.20×1012であり、さらに表面電位は150V以下になっている。残留する表面電位は小さいほどよいが、実用上付着レベルとして「C」程度であれば問題ないと考えられる。また一般的に静電気を除去するための目安として表面抵抗が
1010orm/□程度と言われているが、光学部品で用いられる状況においては1012orm/□程度で充分である。よって、最表層のSiO2膜の密度が1.98〜2.04の範囲であれば、好ましい防塵な表面を得ることができる。
比較例1,3〜7は実施例1〜6と同じ真空度になるような状態でイオンガンを動作させた結果である。これらの比較例では、真空度が所望の値になるように段落番号「0020」のSiO2の成膜条件の部分のO2流量を調整した。
比較例3,4は真空度が低すぎるためにイオンガンが動作しないため、この条件では成膜できなかった。比較例1,5,6においては、表面抵抗値が1×1015orm/□以上である。また表面電位は初期値からほとんど減衰することなく2000V程度を維持していることがわかる。その結果、付着レベルも「E」になっている。よって、最表層のSiO2膜の密度が2.2以上であれば、防塵性の悪い表面が得られる。
比較例2は最表層がSiO2、その下層にITO膜(ITO自体のシート抵抗は1×104以下)を挿入した場合で、シート抵抗は7.8×105と非常に低くなっているが、表面電位は1100Vになっており、付着レベルも「E」であった。これは表面抵抗の測定には比較的大きな電極が必要であるために、最上層のSiO2にあるピンホール(微小な穴)を介して電流が流れてしまうために抵抗としては低くなるからである。しかしながら静電気の場合ピンホール付近の電荷は上から2層目のITOからなる透明導電膜を通して除去されるがピンホールから離れた位置にある電荷は移動できないために最表層のSiO2上に孤立した状態で取り残される。そのため、表面電位は高い状態で維持される。それに対し実施例7は再表層のSiO2の密度が低いためにSiO2中を電荷が通り抜けることができ、上から2層目のITOからなる透明導電膜を通して除去される。
また、高屈折率材料層の材料としてTiO2を用いた場合で説明したが、Ta2O5、
Nb2O5を適用することもできる。
以下に、実施例1〜7の光学多層膜フィルタ10を含んで構成される電子機器装置について説明する。本実施例は、電子機器装置として、例えば、静止画の撮影を行うデジタルスチルカメラの撮像装置に適用した一実施例である。
図6は、本発明の電子機器装置の一構成例を示す説明図であり、撮像モジュール100と、この撮像モジュール100を含む撮像装置400の構成例を示したものである。図6に示す撮像モジュール100は、光学多層膜フィルタ10と、光学ローパスフィルタ110と、光学像を電気的に変換する撮像素子のCCD(電荷結合素子)120と、この撮像素子120を駆動する駆動部130を含んで構成されている。
Claims (7)
- 基板上に形成された複数層からなる無機薄膜を有する光学多層膜フィルタであって、
前記無機薄膜の最表層を構成する酸化ケイ素層の密度が1.9〜2.04g/cm 3 であり、かつ前記最表層以外の一部の複数層を構成する酸化ケイ素層の密度が2.21g/cm 3 以上であることを特徴とする光学多層膜フィルタ。 - 請求項1に記載の光学多層膜フィルタにおいて、
前記最表層を構成する酸化ケイ素層に隣接する層が透明導電膜であることを特徴とする光学多層膜フィルタ。 - 請求項1または請求項2に記載の光学多層膜フィルタにおいて、
前記無機薄膜が、UV−IRカット膜またはIRカット膜であることを特徴とする光学多層膜フィルタ。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の光学多層膜フィルタにおいて、
前記基板が、ガラス基板または水晶基板であることを特徴とする光学多層膜フィルタ。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の光学多層膜フィルタが組み込まれた電子機器装置。
- 請求項5に記載の電子機器装置において、
前記無機薄膜の最表層がアースされていることを特徴とする電子機器装置。 - 基板上に複数層からなる無機薄膜を形成する光学多層膜フィルタの製造方法であって、
前記無機薄膜の最表層を成膜する蒸着ではイオン銃の出力を用いず、真空度を5×10−4〜5×10−2Paでおこない、
かつ前記最表層以外の一部の複数層を成膜する蒸着ではイオン銃の出力を用いておこなうことを特徴とする光学多層膜フィルタの製造方法。
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