JPH02103002A

JPH02103002A - 耐摩耗性光学フィルタ

Info

Publication number: JPH02103002A
Application number: JP25682588A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Nakai; 日出海中井; Yoshiyuki Hanada; 良幸花田; Eiji Kusano; 英二草野; Takashi Muromachi; 隆室町; Atsushi Kawaguchi; 淳川口
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1988-10-12
Filing date: 1988-10-12
Publication date: 1990-04-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は特定の波長範囲の光線だけを選択的に透過、も
しくは反射させる光学フィルタに関するものであって、
複写機の内部等で用いられる光学部品への応用のみなら
ず、建物や自動車の窓へ応用できる耐摩耗性に優れた光
学フィルタに関する。

〔従来の技術〕

高屈折率物質と低屈折率物質の薄膜を交互に積層して、
それら各層の膜厚を適当に選択して光線の干渉作用によ
り、ある特定の波長の光を強めたり弱めたりして、様々
な用途のフィルタを作ることは、広く行なわれている。

代表的な光学部品としては、バンドパスフィルタ、エツ
ジフィルタ、ダイクロイックフィルタ、コールドミラー
などがあげられる。これらの光学部品のうち、可視光の
領域で用いられるものに対して使用される高屈折率材料
は、各種金属酸化物や硫化物であり、低屈折率材料は二
酸化珪素や幾つかのアルカリ金属、アルカリ土類金属の
フッ化物である。しかし、化学的耐久性の点では、酸化
物の方が優れており特に高屈折率物質は金属酸化物が好
んでよく用いられている。その場合、組みあわされる低
屈折率物質は、膜に発生する応力を抑えるために、二酸
化珪素が選ばれることが多い。

また、これ等の材料の薄膜は、その膜厚をきわめて厳密
に制御しなければ優れた光学特性が得られないので、主
として真空蒸着法やイオンブレーティング法、あるいは
スパッタリング法など真空中での被覆法によって作製さ
れることが多い。建築用や自動車用の熱線反射膜といっ
た大きな面積のフィルタを作製する場合は装置上の問題
や、膜厚分布をよくする観点からスパッタリング法が用
いられる。その場合、低屈折率物質として、フッ化物を
スパッタリング法で被覆するのは、極めて困難であるの
で事実上、低屈折率材料としては二酸化珪素に限られて
しまう。

このように、従来の技術で最も一般的な光学フィルタは
高屈折率物質として金属酸化物を、低屈折率物質として
二酸化珪素が用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の光学フィルタにおいては、薄
膜の各層の界面での付着力が不十分という重大な問題点
があった。この欠点を克服するために、特開昭５９−１
２７００１あるいは特開昭５９−１３６７０６に開示さ
れているように、特定の中間層を設けることが考えられ
る。それらの発明の中では高屈折率物質としてのＴｉＯ
□と、低屈折率物質としてのＳｉＯ□の界面に、中間層
として酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジル
コニウム、酸化カルシウム等を形成するというもので、
これらの酸化物は、酸化チタンと酸化珪素の両者に比較
的親和性が高いという理由から選ばれている。しかしな
がら、このような中間層として酸化物を介在させても、
まだその耐摩耗性は十分でないために、特開昭５９−１
２’１ＯＯ１でｉよその中間層の中に界面から徐々に減
少するような濃度の酸化チタンもしくは一酸化珪素を含
有させるという工夫が施されている。

特開昭５９−１３６７０６ではさらに耐摩耗性を向上さ
せるために、中間層を形成した後に加熱処理を施し、界
面層で材料の相互拡散を起こさせるという手段を講じて
いる。しかしながら、このような手段を講じてもまだ、
光学特性の安定性に乏しいという重大な問題点が残って
いる。中間層の中で二酸化チタンや二酸化珪素の含有量
を徐々に変化させるという処理は、厳密に屈折率を制御
する必要があるフィルタの作製方法としては、安定性、
再現性にかけるという欠点を有する。また、加熱処理に
よって界面層を形成するという方法も、同様の欠点を有
している。さらに加熱処理法は十分な材料成分の拡散が
起こる温度で、基体や膜材料が十分な耐久性を有してい
なければならないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記従来の問題点を解決するために、本発明は高屈折率
材料と低屈折率材料の薄膜を交互にＭｉ層してなる光学
干渉型フィルタにおいて、低屈折率材料として二酸化珪
素を、高屈折率材料として金属酸化物を用い、かつそれ
らの界面に、該金属酸化物を形成する該金属のシリサイ
ドの酸化物を形成したことを特徴とする光学フィルタで
ある。

該高屈折率材料としての金属酸化物としては、酸化チタ
ン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸
化タングステン、酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化錫、
酸化ネオジウム、酸化プラセオジウム、酸化インジウム
、酸化セリウム、酸化ビスマスが考えられるので界面層
としては、それぞれチタン、クロム、ジルコニウム、タ
ンタル、タングステン、モリブデン、亜鉛、錫、ネオジ
ウム、プラセオジウム、インジウム、セリウム、ビスマ
スのシリサイドの酸化物が形成される。特に、最も一般
的に用いられている二酸化チタンと二酸化珪素からなる
フィルタの場合は、チタンシリサイドの酸化物を界面層
として形成する。

本発明は、二酸化珪素の薄膜層と、高屈折率材料として
の金属酸化物の薄膜層の界面において、付着力が不十分
で膜の界面剥離−や摩耗による損傷を防ぐために、界面
に二酸化珪素と該金属酸化物の両方の層に対して十分な
付着力を有するものとして、該金属酸化物を構成する該
金属のシリサイドの酸化物層を形成するのを特徴とする
。

この金属シリサイドの厚みとしては、２ｒｖ〜４０ｎｍ
が好ましく、さらに５ｎｍ〜２０ｎｍが最も好ましい。

金属シリサイドの酸化物の厚みが２ｎｍより薄いと膜の
耐久性を確保するうえで不十分となり、４０ｎｍより厚
くなると光学特性に許容できない変化を生じてしまう。

本発明の光学フィルタの金属酸化物層と二酸化珪素層と
の間に設けられる金属シリサイドの酸化物の層は、金属
シリサイドをターゲットとするスパッタリング法により
製造されるため、基体の面積が大きくても膜の被覆が均
一におこなわれる。

したがって本発明の光学フィルタは、面積が大きい場合
でも光学特性はムラがないとう特徴を有する。また金属
シリサイドの酸化物の膜組成が再現性良く得られるので
、光学フィルタの光学特性が安定しているという特徴を
有する。さらに、本発明の光学フィルタは高屈折率材料
の膜と低屈折率材料の膜の界面の付着力を増強させるた
めに、従来の技術がおこなっていた膜の被覆後の熱処理
を必要としないので、光学特性が安定している。

本発明の高耐摩耗性フィルタに用いられる基体としては
、耐久性の点でガラスがもっとも好ましいが、もちろん
それに限定されるわけではなく、プラスチック板等を用
いることもできる。

〔作　用〕

本発明の高屈折率材料の金属酸化物層と、低屈折率材料
の二酸化珪素層の界面に設けられる、該金属酸化物を形
成する該金属シリサイドの酸化物からなる膜は、光学特
性を劣化させることなく、前記２つの膜の付着力を増す
作用を有する。また本発明の金属シリサイドのターゲッ
トから該金属シリサイドの酸化物の膜を被覆するに際し
ては、スパッタリングガスに用いる酸素ガスは金属のシ
リサイドの酸化物を再現性よく形成する作用を有する。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は、本発明の１実施形態であって、４ｍｍ厚の透
明ガラス基体１０上に、第１層としてｌｌｌｎｍの二酸
化チタンの層１１が、第３層として１８７ｎｍの二酸化
珪素の層１３が、第５層として１１０５ｎの二酸化チタ
ンの層１５が、第７層として９１ｎｍの二酸化珪素の層
１７が形成されており、それぞれの層の界面、すなわち
、第２層１２、第４層１４、第６層１６として、それぞ
れ２ｎｍの二珪化チタンの酸化物の層が形成された毛屑
の膜からなる高い可視光′！！ｆＡｉＬ過率と低い赤外
線透過率を有するフィルタである。この上層１漠を、゛
第８図に示す三つのプレーナーマグネトロンカソードを
有するインライン型スパッタリング装置を用いて形成し
た。基体への膜の被覆は、スパッタリングを行なってい
るカソードの上を基体が通過する間におこない、カソー
ドに投入する電力量もしくはカソードの上を通過する基
体の速度を変えることによって、得られる膜の厚みを調
整した。

第８図の８１は真空槽（排気ポンプは図示されていない
）　、８２．８６は取入室、取出室であり、８３゜８４
、８５はそれぞれ第１．第２．第３の成膜室であり、各
室はゲートバルブ８７．８Ｂ、　８９．９０の開閉によ
り隔離およびガラス基体の移動に必要な連結ができる。

ガラス基体９１は搬送ベルト９２により移動させられる
。第１．第２．第３の成膜室には、それぞれカソード９
６．９７．９８が絶縁体１１１により真空槽から電気的
に絶縁されて設置され、またスパッタガス導入用のガス
パイプ９９．１００．１吋およびバルブ１０２．１０３
．１０４．カソードに電力を印加するための電源１０８
．１０９．１１０およびスイッチ１０５゜置の第１のカ
ソード９６には金属チタン９３を、第２のカソード９７
には二珪化チタン９４を、第３のカソード９日には石英
ガラス９５を、それぞれターゲットとして取り付けた。

二酸化チタンの膜を被覆する場合には、通常行なわれる
のと同様に、金属チタン９３をターゲットとして取りつ
けである第１の成膜室８３の中に酸素ガスをガスパイプ
９９から導入し、排気ポンプのオリフィスバルブにより
３ｍＴｏｒｒの圧力に調整し、５Δのスパッタ電′流を
カソード９６に印加し、ガラス基体９１を２０ｍｍ／ｍ
ｉｎの速度で゛［１ターケソト上を移動させながら、お
こなった。

−酸化珪素の膜を形成する場合は、石英ガラス９５をタ
ーゲットとして取り付けである第３の成膜室８５に、９
５体積％のアルゴンガスと５体積％の酸素ガスを導入し
、同様な方法で５ｍＴｏｒｒの圧力に調整し、３ＫＷの
電力を高周波電源より投入し高周波スパッタリングを行
なった。そして、二珪化チタンの酸化物を被覆する場合
には、二珪化チタン９４をターゲットとして取り付けで
ある第２の成膜室に酸素ガスを導入し、同様な方法で５
ｍＴｏｒｒの圧力に調整し、３Ａのスパッタ電流でガラ
ス基体を９００ｍｍ／ｍｉｎで移動させながらおこなっ
た。上層膜を形成する際には、まずガラス基体を第１の
成膜室をｉｌ遇させ二酸化チタンの層を被覆し、次に第
２の成ｎり室をｉｌｌ過させ、二珪化チタンの酸化物を
被覆し、そして第３の成膜室でガラス基体を３０ｍｍ／
ｍｉｎの速度でターゲット上を通過させて二酸化珪素を
形成した。次にガラス基体を送る方向を逆転し、再び第
２の成膜室を通過させて二珪化チタンの酸化物を被覆し
、さらに第１の成膜室を通過させて二酸化チタンの膜を
被覆した。次に再びガラス基体を送る方向を逆転し、第
２の成膜室を通過させて、六層目の二珪化チタンの酸化
物を被覆し、最後に、第３の成膜室でガラス基体を６０
１／ｍｊｎの速度でターゲット上を通過させて最上層の
酸化珪素を被覆した。

このようにして得られたフィルタの光学特性を第２図に
示す。第２図の２１は透過率、２２は膜面側反射率、２
３はガラス面側反射率である。可視光線領域で約９０％
の高い透過率と、９００ｎｍ以上の近赤外線領域での高
い反射率を有し、いわゆる熱線反射ガラスとしての良好
な特性を示す。第３図と第４図は、このようにして得ら
れたフィルタの特性と、従来の、二珪化チタンの酸化物
の界面層をもたないフィルタの特性を比較したものであ
って、第３図の３１（実線）は従来のフィルタの透過率
、３２（破線）は本発明の透過率、第４図の４１　（実
線）は従来のフィルタの膜面側反射率、４２（破線）は
本発明のフィルタの膜面側反射率である。これらより本
発明のフィルタは従来のものに比較して何ら特性の低下
は認められないことがわかる。界面層の厚みを６　ｎｍ
、　１０ｎｍ、　２０ｎｍと増大していっても、特性の
低下は第５図に示すように認められなかった。第５図の
５１（実線）は本発明のフィルタで界面層の厚みが２０
ｎｍであるものの透過率、５２（破線）は、その膜面側
反射率、５３（破線）は、そのガラス面側反射率である
。また第６図は本発明のフィルタの界面層の厚みが４０
ｎｎ＋のときの光学特性で、可視域でやや透過および反
射の特性にリップルが出現しはじめる。第６図の６１（
実ｖＡ）は透過率、６２（破線）は膜面側の反射率、６
３（破線）はガラス面側の反射率を表す。

次に、本発明によって得られたフィルタの耐摩耗性を評
価するために、テーパー摩耗試験機を用いて、Ｃ３ｌＯ
Ｆの摩耗輪に５００ｇの荷重をかけ、−分間に６０ｒｐ
＋＊の速度で１０００回の回転摩耗を加えるテストを行
ない、そのテスト前後での透過率の変化量を測定した。

その結果を第７図に示した。

第７図より明らかなように、界面層を用いない場合には
、７％もの透過率の低下があったのに対して、２ｎｍの
界面層を形成したものでは、４％となり、６ｎｎ＋の界
面層を形成したものでは、わずか２％となる。これ以上
界面層の厚みを増加しても透過率の変化量はそれほど小
さ（ならない。すなわち、もはや界面層での散乱は殆ど
なくなり、透過率の低下は最表面の膜が傷ついたことに
よるものだけと考えられる。従って、このような結果か
ら、界面層の厚みとしては、２ｎｍ以上で４０ｎｍ以下
が好ましく、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が最も好ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来得ることが困難であったところの
耐摩耗性に優れた光学フィルタを提供することができる
。また本発明の製造方法によれば、膜の交互層の界面で
の付着性を増強させるための、被覆後の熱処理が不要と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例である光学フィルタの膜構成
を示す断面図、第２図はその光学フィルタの分光光学特性、第３図は本
発明の１実施例と従来のフィルタの分光透過率の比較、第４図は本発明の１実施例と従来のフィルタの分光反射
率の比較、第５図は本発明の実施例で、界面層が２０ｎｍの厚みの
ときの分光光学特性、第６図は本発明の実施例で、界面層が４０ｎｍの厚みの
ときの分光光学特性、第７図は本発明の実施例における界面層の厚みとテーパ
ー摩耗試験後の透過率との関係を示す図である。１１、１５・・・二酸化チタン層、１２、１４．１６・・・二珪化チタンの酸化物の界面層
、１３、１７・・・二酸化珪素層、　　８１・・・真空
槽、８２・・・取入室、　８３・・・取出室、　９１・
・・ガラス基体、９２・・・ガラス搬送ヘルド、９６，
９７．９８・・・カソード、９３・・・チタンターゲッ
ト、９４・・・二珪化チタンターゲット、９５・・・石英ガラスターゲット、１０８、１０９・・・直流電源、　　１１０・・・高周
波電源、９９、１００．１０１・・・スパッタガス導入
パイプ、１０２、１０３．１０４・・・バルブ、１０５
、　１０６．１０７　・・・スイッチ、第１図波長Ｉ　ｎｍ）第３図第２図波長＋ｎｍ　＋波長ｆｎｍｌ第４図波長ｉｎｍ＋第図波長ｎｍｌ界面層の厚み（ｎｍ）第図手続ネ甫正書（方式） ■、事件の、表示特願昭６３−２５６８２５号２、発明の名称耐１７耗性光学フイルタ３、補正をする者事件との関係　特許出願人住所　大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地名称（４０
０）日本板硝子株式会社代表者　中　　島　達　　二４、代理人住所　東京都港区新＠５丁目１１番３号新橋住友ビル日本板硝子株式会社特許部内７、補正の内容第１６頁第５行末尾に「また第８図は本発明を実施する
のに用いたスパンタリング装置の概略断面図である。」
を追加する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明基体上に、高屈折率材料と低屈折率材料の薄
膜を交互に積層して被覆した光学干渉型フィルタにおい
て、低屈折率材料として二酸化珪素を、高屈折率材料と
して金属酸化物を用い、かつ、それらの界面に該金属酸
化物を形成する該金属のシリサイドの酸化物層を形成し
たことを特徴とする光学フィルタ
（２）該界面の該金属シリサイドの酸化物層の厚みが、
２ｎｍ以上で４０ｎｍを越えない特許請求の範囲第１項
記載の光学フィルタ
（３）該高屈折率材料としての金属酸化物が、酸化チタ
ン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸
化タングステン、酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化錫、
酸化ネオジウム、酸化プラセオジウム、酸化インジウム
、酸化セリウム、酸化ビスマスのうちから選ばれた１つ
あるいは２つ以上の混合酸化物である特許請求の範囲第
１項記載の光学フィルタ
（４）該高屈折率材料が二酸化チタンであり、該金属シ
リサイドがチタンシリサイドである特許請求の範囲第１
項記載の光学フィルタ
（５）該透明基体がガラスである、特許請求の範囲第１
項乃至第４項のいずれか項記載の光学フィルタ
（６）透明基体上にスパッタリング法により、金属酸化
物からなる高屈折率層と二酸化珪素からなる低屈折率層
を少なくとも三層以上交互に積層してなる光学フィルタ
において、該金属酸化物層と二酸化珪素層の間に、該金
属酸化物を形成する該金属のシリサイドの酸化物を反応
性スパッタリング法にて形成することを特徴とする第１
項乃至第５項のいずれか項記載の光学フィルタ