專利名稱：吸收型多層膜nd濾光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括基板、金屬層和電介質(zhì)層交替層疊在所述基板上而形成的光學(xué)多層體的吸收型多層膜ND濾光器(中性密度濾光片)，特別涉及一種平坦透射率分光特性的再現(xiàn)性良好、且批量生產(chǎn)性優(yōu)良的吸收型多層膜ND濾光器的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
所謂ND濾光器，是指具有在光線可視區(qū)域內(nèi)將各種波長幾乎均等地透過的非選擇性透射率的光學(xué)濾光器，以使透過光量減少為目的安裝在數(shù)字照相機(jī)等的透鏡上使用。例如一般使用于，在晴天等光量多的條件下，即使縮小光圈也曝光過多時(shí)，控制光量并更低速地切換快門的場合下，或者是想擴(kuò)大光圈但以最高快門速度下也曝光過多時(shí)，控制光量來擴(kuò)大光圈的場合下。
在便宜的ND濾光器中，存在將光吸收材料添加到玻璃上的固體濾光器等。但是這些固體濾光器具有在整個(gè)可視區(qū)域中分光特性不均勻的問題。
用于解決這些問題的吸收型多層膜ND濾光器是公知的。例如在特開昭57-195207號公報(bào)中記載了一種光吸收膜，該光吸收膜將包含電介質(zhì)膜和金屬膜且即使單獨(dú)使用時(shí)也具有反射防止效果的兩個(gè)多層膜以另一個(gè)電介質(zhì)膜為中心且相對地從上下重合而獲得。
而且，作為涉及到電介質(zhì)膜和金屬膜的材料種類的現(xiàn)有技術(shù)，例如在特公昭55-47361號公報(bào)中，記載了將Ti或Cr金屬膜和MgF2電介質(zhì)膜交替層疊而形成的吸收性薄膜，而且，在特開2002-350610號公報(bào)中公開了將Nb金屬膜和SiO2電介質(zhì)膜交替層疊而形成的薄膜型ND濾光器。
此外，特開平7-63915號公報(bào)中記載了層數(shù)為7層程度的多層膜結(jié)構(gòu)的薄膜型ND濾光器，該薄膜型ND濾光器使用了以TiO、Ti2O3等鈦氧化物為主要成分且具有光吸收性的金屬氧化物層。
但是，在特開昭57-195207號公報(bào)所記載的光吸收膜中，由于只使用了兩層金屬膜，因此存在著難以根據(jù)作為金屬膜而適用的材料的種類，來減少分光透射率的波長依賴性且控制反射率的問題。尤其是，由于上述金屬膜厚度為數(shù)納米級別的薄膜，是容易氧化的膜，因此在制造過程中存在由于熱氧化而導(dǎo)致分光透射率變得大于設(shè)計(jì)值的問題。
在特公昭55-47361號公報(bào)和特開2002-350610號公報(bào)所記載的吸收性薄膜和薄膜型ND濾光器中，由于由Ti、Cr或Nb構(gòu)成的金屬膜的可視光區(qū)域中分光透射率的波長依賴性大，因此存在相對于波長難以獲得平坦的透射率衰減的問題。而且，作為電介質(zhì)層而使用的MgF2材料中存在著由于吸收大氣中的水分而引起急劇腐蝕或退化的問題。
此外，在特開平7-63915號公報(bào)記載的薄膜型ND濾光器中，將以鈦氧化物為主且具有光吸收性的金屬氧化物層由真空蒸鍍法而成膜。
但是，在使用真空蒸鍍法或噴鍍法對作為中間膜的金屬氧化物層(TiO，Ti2O3)進(jìn)行成膜時(shí)，真空蒸鍍法和噴鍍法中任一種方法都必須精密地控制氧氣流量，存在膜材質(zhì)的穩(wěn)定性困難的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，本發(fā)明的目的是提供一種平坦透射率分光特性能夠良好地再現(xiàn)的、批量生產(chǎn)性優(yōu)良的吸收型多層膜ND濾光器。
此外，本發(fā)明的另一種目的是，提供一種在由磁控管噴鍍法制造時(shí)能夠穩(wěn)定地生產(chǎn)特性一致的濾光器的吸收型多層膜ND濾光器。
也就是說，根據(jù)本發(fā)明的吸收型多層膜ND濾光器，其特征在于，包括基板和、光學(xué)多層體；該光學(xué)多層體由以鎳(Ni)為主要成分的金屬層和SiO2、Al2O3或它們的混合物中的任一種電介質(zhì)層在上述基板上交替層疊而形成。
作為上述基板可以使用樹脂板或樹脂薄膜。
以鎳(Ni)為主要成分的金屬層，可以由鎳單一材料或?qū)腡i、Al、V、W、Ta、Si中所選擇的一種以上的元素添加到Ni中的Ni系合金材料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的吸收型多層膜ND濾光器，為具有包括基板和、以鎳(Ni)為主要成分的金屬層以及SiO2、Al2O3或它們的混合物中的任一種電介質(zhì)層在上述基板上交替層疊而形成的光學(xué)多層體的結(jié)構(gòu)，在作為光衰減層的上述金屬層上，由于使用可視光區(qū)域中分光透射率的波長依賴性小且難以氧化并由于氧化引起的分光透射率變化小的鎳系金屬材料，可以實(shí)現(xiàn)相對于波長能夠獲得平坦的透射率衰減的ND濾光器。
特別是，由將從Ti、Al、V、W、Ta、Si中所選擇的一種以上的元素添加到Ni中的Ni系合金材料構(gòu)成上述金屬層時(shí)，由于鎳靶的強(qiáng)磁性特性被減弱，能夠由磁控管噴鍍法生產(chǎn)特性一致的吸收型多層膜ND濾光器。
而且，通過在基板和光學(xué)多層體之間設(shè)置由Si、SiOx(但是x≤2)、SiNx(但是x≤1)、Ti、TiOx(但是x≤2)或TiNx(但是x≤1)構(gòu)成的密合層，提高了兩者界面之間的密合性，能夠防止光學(xué)多層體的脫落或剝離，因此可以使用干式輥涂附法的成膜、特別是能夠由噴鍍而形成光學(xué)多層體，可提高批量生產(chǎn)性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的吸收型多層膜ND濾光器的結(jié)構(gòu)說明圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的吸收型多層膜ND濾光器的結(jié)構(gòu)說明圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的吸收型多層膜ND濾光器的結(jié)構(gòu)說明圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的吸收型多層膜ND濾光器的光學(xué)多層體的結(jié)構(gòu)說明圖；圖5是顯示Ni薄膜、Cr薄膜、Nb薄膜以及Ta薄膜中透射率和波長關(guān)系的圖表；圖6A是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的吸收型多層膜ND濾光器的透射率和波長關(guān)系的圖表，圖6B是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的吸收型多層膜ND濾光器的反射率和波長關(guān)系的圖表；圖7A是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的吸收型多層膜ND濾光器的透射率和波長關(guān)系的圖表，圖7B是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的吸收型多層膜ND濾光器的反射率和波長關(guān)系的圖表；圖8是顯示Ni、Ti、Cr、Ta和Nb的氧化物中標(biāo)準(zhǔn)自由能和溫度關(guān)系的圖表；圖9A是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例9的吸收型多層膜ND濾光器的透射率和波長關(guān)系的圖表，圖9B是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例9的吸收型多層膜ND濾光器的反射率和波長關(guān)系的圖表；圖10A是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例10的吸收型多層膜ND濾光器的透射率和波長關(guān)系的圖表，圖10B是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例10的吸收型多層膜ND濾光器的反射率和波長關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施例方式
以下使用附圖對本發(fā)明的吸收型多層膜ND濾光器進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先，本發(fā)明的吸收型多層膜ND濾光器，其特征是包括基板和光學(xué)多層體。其中、上述光學(xué)多層體由將以鎳(Ni)為主要成分的金屬層和SiO2、Al2O3或它們的混合物的任一種電介質(zhì)層在上述基板上交替層疊而形成。
圖1～圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的吸收型多層膜ND濾光器的具體示例。即所述吸收型多層膜ND濾光器就是通過密合層2將光學(xué)多層體7設(shè)置在已涂有硬層1a的基板1上。
圖1和圖2所示的吸收型多層膜ND濾光器為硬層1a設(shè)置在基板的一個(gè)面上的結(jié)構(gòu)。圖1顯示在設(shè)置有硬層1a的一面?zhèn)壬显O(shè)置密合層2和光學(xué)多層體7的結(jié)構(gòu)。圖2顯示在設(shè)置有硬層1a的面的相反側(cè)上設(shè)置密合層2和光學(xué)多層體7的結(jié)構(gòu)。而且，圖3所示的吸收型多層膜ND濾光器具有下述結(jié)構(gòu)，即在基板的兩個(gè)面上都設(shè)置有硬層1a，在其一個(gè)面上設(shè)置有密合層2和光學(xué)多層體7。
雖然對于基板1的材質(zhì)沒有特殊限定，但是最好基板透明，在考慮批量生產(chǎn)性時(shí)，基板最好具有能夠進(jìn)行后述的干式輥涂附的可撓性。具有可撓性的基板與現(xiàn)有的玻璃基板等相比，具有廉價(jià)·輕量·富有變形性的優(yōu)點(diǎn)。特別是作為基板，最好是樹脂板或樹脂膜。
作為構(gòu)成上述基板的具體示例，例如可以列舉出從聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚芳酯(PAR)、聚碳酸酯(PC)、聚烯烴(PO)和降冰片烯的樹脂材料中選擇的樹脂板或樹脂膜單一材料?；蚩梢粤信e出從上述樹脂材料中選擇的樹脂板或樹脂膜單一材料和覆蓋該單一材料的單面或雙面的丙烯基系有機(jī)膜等的復(fù)合材料。尤其是，對于降冰片烯樹脂材料，代表性的材料可以列舉出日本吉綸(ゼオン)社的ゼオノア(商品名)或JSR社的ア-トン(商品名)。
另外，上述硬層1a涂附在基板1上并使基板的硬度提高，例如使用丙稀樹脂在基板上涂附例如5微米厚而形成所述硬層1a。但是不一定非設(shè)置硬層1a不可。
而且在圖1～圖3所示的吸收型多層膜ND濾光器中，在上述基板1和光學(xué)多層體7之間，設(shè)置使兩者之間的密合性提高且使在光學(xué)多層體7上所產(chǎn)生的應(yīng)力緩和的密合層2。密合層2最好由Si、SiOx(但是x≤2)、SiNx(但是x≤1)、Ti、TiOx(但是x≤2)或TiNx(但是x≤1)構(gòu)成。密合層的厚度最好在大于1納米并小于10納米的范圍內(nèi)。這是因?yàn)?，?dāng)密合層厚度不到1納米時(shí)，不能獲得充分的密合性，有可能在兩者的界面上引起膜剝離或裂縫。另一方面，當(dāng)密合層的厚度大于10納米時(shí)，透射率下降，有可能在可視光區(qū)域內(nèi)不能獲得平坦的光學(xué)特性。因而，在考慮上述密合性或光學(xué)特性等時(shí)，密合層2的厚度優(yōu)選為2納米的程度。此外，密合層2也可以例如由DC噴鍍法形成。
其次，光學(xué)多層體7設(shè)置在基板1上，由以鎳(Ni)為主要成分的金屬層和SiO2、Al2O3或它們的混合物中的任一種電介質(zhì)層交替層疊而形成。
在此，由以鎳(Ni)為主要成分的Ni系金屬材料所構(gòu)成的金屬層，最好是由將從Ti、Al、V、W、Ta、Si中所選擇的一種以上的元素添加到Ni中的Ni系合金材料構(gòu)成。
理由將在下文詳細(xì)介紹，但是首先將簡單介紹。也就是說，使用噴鍍法形成Ni膜時(shí)，伴隨著鎳靶的連續(xù)使用，鎳靶厚度減少，在Ni靶變薄的部分中，等離子空間的泄漏磁場增強(qiáng)。一旦等離子空間的泄漏磁場增強(qiáng)，放電特性(放電電壓，放電電流等)發(fā)生變化從而成膜速度變化。也就是在生產(chǎn)時(shí)，如果連續(xù)長時(shí)間使用同一個(gè)鎳靶，伴隨著鎳靶的消耗，則出現(xiàn)Ni膜的成膜速度變化的問題，難以穩(wěn)定地生產(chǎn)特性一致的吸收型多層膜ND濾光器。為了避免這種情況，最好使用如上所述的將從Ti、Al、V、W、Ta、Si中所選擇的一種以上元素添加到Ni中的Ni系合金材料構(gòu)成上述金屬層。
圖4顯示上述光學(xué)多層體7的結(jié)構(gòu)，該光學(xué)多層體7是由將以鎳為主要成分的金屬層3，5和SiO2、Al2O3或它們的混合物中任一種電介質(zhì)層4，6交替層疊而形成。雖然這些層數(shù)是任意的，但是在圖4中顯示由兩層金屬層3，5和兩層電介質(zhì)層4，6合計(jì)四層構(gòu)成的光學(xué)多層體7。
在由純鎳構(gòu)成的膜厚為6.5納米的鎳薄膜中，用實(shí)驗(yàn)對波長為400～1000納米的透射率進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果如圖5所示。而且為了進(jìn)行比較，在圖5中也顯示了相同膜厚的Cr薄膜、Ta薄膜和Nb薄膜的透射率。
從圖5的圖表中明確可知，Ni薄膜中透射率的波長依賴性與Cr薄膜、Ta薄膜和Nb薄膜相比小。也就是在400～800納米中Cr薄膜、Ta薄膜和Nb薄膜的透射率的變化率分別是14.7％、13.5％和11.8％，但是Ni薄膜的透射率變化率低至1.5％。
而且，圖8是顯示Ni、Ti、Cr、Ta和Nb氧化物中標(biāo)準(zhǔn)自由能和溫度關(guān)系的圖表，一般被稱作Ellingham diagram。在圖8的圖表中，氧化物的標(biāo)準(zhǔn)自由能越低，也就是直線位于圖表圖下側(cè)的一方顯示容易氧化的金屬，在上述金屬中，確認(rèn)鎳是最難以氧化的金屬。因而在使用鎳薄膜時(shí)，可以期待在ND濾光器制作過程中，主要由熱引起的氧化或在實(shí)際使用時(shí)由隨時(shí)間變化而氧化引起的分光透射率的變化最小。
在可視區(qū)域內(nèi)將透射率的波長依賴性小的鎳作為光吸收層(金屬層)使用時(shí)，由于在可視區(qū)域內(nèi)透射率的波長依賴性小，可以獲得相對于波長平坦的透射率衰減率，而且，在ND濾光器制作過程中以及使用中難以出現(xiàn)由氧化而引起的特性退化，能夠以單層膜實(shí)現(xiàn)吸收型ND濾光器。
但是，吸收型ND濾光器表面的反射光變成漫射光，對數(shù)字照相機(jī)等的畫質(zhì)造成惡劣影響。因此，為了使在吸收型ND濾光器表面上也具有防止反射的效果，由多層膜構(gòu)成吸收型ND濾光器表面。
如此地，如圖1～圖3所示的吸收型多層膜ND濾光器中，良好地控制以鎳為主要成分的金屬層3，5的膜厚，而且鎳薄膜在可視區(qū)域中透射率的波長依賴性小，且由氧化引起的分光透射率的變化也小。從而，由金屬層和電介質(zhì)層構(gòu)成的光學(xué)多層體7，無需將層數(shù)重疊很多，且不引起相對于可視光的平坦透射率的衰減隨時(shí)間而退化，可以穩(wěn)定地獲得光學(xué)多層體7。
上述電介質(zhì)層4，6是由電介質(zhì)組成的薄膜，最好由相對于將鎳為主要成分的金屬層3，5僅具有低折射率的材料構(gòu)成。作為這種電介質(zhì)材料，可以使用如上所述的SiO2、Al2O3或它們的混合物的任一種。而且，為了使光學(xué)多層體具有防止反射效果，最好控制電介質(zhì)層4，6的膜厚。
以鎳為主要成分的金屬層3，5和SiO2、Al2O3或它們的混合物的任一種電介質(zhì)層4，6的各層厚度，預(yù)先設(shè)定成使上述光學(xué)多層體7在可視區(qū)域(例如400～800納米程度)中保持規(guī)定的透射率和反射率。上述金屬層3，5的各層厚度特別優(yōu)選為2～30納米。在這種吸收型多層膜ND濾光器中，由于上述光學(xué)多層體7包含以鎳為主要成分的金屬層3，5而被形成，即使譬如4層的少的層數(shù)，也可以具有充分的平坦透射率分光特性。
其次，根據(jù)本發(fā)明的上述光學(xué)多層體，可以由例如噴鍍法制作。
噴鍍法是使用蒸氣壓低的材料在基板上形成膜時(shí)或必須進(jìn)行精密的膜厚控制時(shí)有效的薄膜形成方法，操作非常簡便，所以被廣泛使用。由于與蒸鍍法等其它成膜方法相比，噴鍍法在膜和基板或不同膜之間的密合性、膜表面的平滑性、膜的細(xì)致性等方面非常優(yōu)良，所以在ND濾光器的制作中非常有利。一般在小于10Pa的氬氣壓力下，以基板為陽極，以組成膜原料的靶為陰極，使在所述陰極和陽極之間引起輝光放電，使氬等離子體產(chǎn)生，而且，使等離子體中的氬陽離子與陰極靶碰撞，將靶成分的粒子彈飛，使該粒子堆積在基板上，形成膜。
上述噴鍍法由氬等離子體的產(chǎn)生方法分類，將使用高頻(RF)等離子體的方法稱作高頻噴鍍法，將使用直流等離子體的方法稱作直流噴鍍法。而且將磁鐵設(shè)置在靶的背面，使氬等離子體集中在靶的正上面上，即使在低氣壓下，也提高氬離子的碰撞效率而成膜的方法稱作磁控管噴鍍法。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)多層體中以鎳為主要成分的金屬層，例如在氬氣體環(huán)境下由使用鎳系金屬靶的直流磁控管噴鍍法形成。而且，電介質(zhì)層，例如在氬和氧的環(huán)境下由使用硅靶的高頻磁控管噴鍍法形成。通過由高頻磁控管噴鍍法制造上述電介質(zhì)層，可以防止在反應(yīng)性噴鍍中產(chǎn)生異常放電，能夠穩(wěn)定地成膜。
由于純鎳材料是強(qiáng)磁性體，因此在由直流磁控管噴鍍法將上述金屬層成膜時(shí)，來自設(shè)置在靶的背面且作用于靶和基板之間的等離子體的磁鐵的磁力由鎳靶材料遮蔽，泄漏到表面的磁場變?nèi)?，難以使等離子體集中并有效地成膜。為了避免這種情況的發(fā)生，最好使用增大設(shè)置在靶背面的上述磁鐵的磁力(大于400高斯)的陰極(強(qiáng)磁場陰極)，由增強(qiáng)通過鎳靶的磁場，進(jìn)行噴鍍成膜。
但是，即使在采用這種方法的場合下，在生產(chǎn)時(shí)也產(chǎn)生下述其它問題。也就是伴隨著鎳靶的連續(xù)使用，一旦靶的厚度變薄，如上所述在靶厚度變薄的部分上，等離子體空間的泄漏磁場增強(qiáng)。而且，一旦等離子體空間的泄漏磁場增強(qiáng)，放電特性(放電電壓，放電電流等)發(fā)生變化從而成膜速度變化。也就是在生產(chǎn)時(shí)，一旦長時(shí)間連續(xù)使用同一個(gè)鎳靶，伴隨著鎳靶的消耗，產(chǎn)生鎳膜的成膜速度變化的問題，難以穩(wěn)定地生產(chǎn)特性一致的吸收型多層膜ND濾光器。為了避免這個(gè)問題，如上所述由將從Ti、Al、V、W、Ta、Si中所選擇的一種以上的元素添加到Ni中的Ni系合金材料構(gòu)成金屬層。
在本發(fā)明中，最好使用包含5～15重量％的Ti的鎳系材料。Ti的下限為5重量％的理由是，通過包含大于5重量％的Ti，能夠極端地減弱強(qiáng)磁性，即使由設(shè)置了磁力低的普通磁鐵的陰極，也可以實(shí)施直流磁控管噴鍍成膜。而且，由于由靶引起的磁場屏蔽能力低，依存于靶消耗的等離子體空間泄漏磁場的變化也小，能夠維持一定的成膜速度，能夠穩(wěn)定地成膜。而且，Ti的上限為15.0重量％的理由是，一旦含有超過15.0重量％的Ti，則就有形成大量的金屬間化合物的危險(xiǎn)性，而導(dǎo)致該材料不再具有小的透射率的波長依賴性。而且，Al元素、V元素、W元素、Ta元素和Si元素的添加數(shù)量也由相同的理由確定。在添加這些Al元素、V元素、W元素、Ta元素和Si元素時(shí)，Al元素的添加比例最好是3～8重量％，V元素的添加比例最好是3～9重量％，W元素的添加比例最好是18～32重量％，Ta元素的添加比例最好是5～12重量％，Si元素的添加比例最好是2～6重量％，以上述比例對這些元素進(jìn)行添加，獲得鎳系合金材料。
但是，當(dāng)向鎳中添加兩種以上元素時(shí)，最好將各元素的添加量調(diào)整到比上限值低，從而不形成大量的金屬間化合物。例如在將Ti和Si的兩種元素添加到鎳中時(shí)，如果相對于7.5重量％的Ti的添加量，添加超過5重量％的Si，即使這種添加量的數(shù)值在上述組成范圍(Ti元素為5～15重量％，Si元素為2～6重量％)內(nèi)，但金屬間化合物的形成也變得很明顯。
除了上述Ti、Al、V、W、Ta和Si等元素之外，作為減弱鎳的強(qiáng)磁性的添加元素，還可以列舉出Cu、Cr等。但是將Cu作為添加元素時(shí)，與上述Ti、Al、V等元素相比，存在Ni-Cu膜相對于氧化物膜的密合性變差的缺點(diǎn)。例如，在與ND濾光器不同領(lǐng)域的電極材料中所使用的靶材料有關(guān)的特開2000-96167號公報(bào)中，提出使用Ni-Ti系合金靶代替與氧化物也就是與陶瓷基板存在密合性問題的Ni-Cu系合金的方案。因而作為本發(fā)明的添加元素，銅元素不是適合的材料。另外，雖然鉻元素不存在上述密合性問題，但是由于鉻對環(huán)境造成惡劣影響，最好不使用鉻元素。
而且，上述以鎳為主要成分的金屬層以及、SiO2、Al2O3或它們的混合物的電介質(zhì)層，可以在薄膜狀的基板1上使用干式輥涂附法形成。
通過在光學(xué)多層體中采用上述結(jié)構(gòu)，可以提供一種吸收型多層膜ND濾光器，該吸收型多層膜ND濾光器在400～800納米的整個(gè)可視區(qū)域內(nèi)，反射率小于5％，而且，透射率的變化幅度在10％以內(nèi)。
下面對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行具體說明。
〔實(shí)施例1〕將包含7.5重量％的Ti的鎳金屬層和SiO2層交替地層疊的由總共4層組成的光學(xué)多層體，通過由SiOx(x＜2)組成的密合層形成在基板上，由此制作表1所示結(jié)構(gòu)的吸收型多層膜ND濾光器。
此外，在鎳系材料靶上，使用包含7.5重量％的Ti的鎳靶〔住友金屬礦山(株)社制造〕。包含7.5重量％的Ti的該鎳靶，即使設(shè)置在非磁性用陰極上，也可以穩(wěn)定地放電。
表1


具體地說，在附有厚度為5微米的丙烯基制的硬層的PET薄膜〔東洋紡織社制造〕上，使用噴鍍裝置(ULVAC社制造)按表1的膜(2)～(6)順序成膜，制作圖1所示的吸收型多層膜ND濾光器。
使用自動記錄分光光度計(jì)裝置〔日立制作所制、U4100〕測量該吸收型多層膜ND濾光器的透射率和反射率，測量結(jié)果如圖6A、圖6B所示。
根據(jù)圖6A、圖6B所示的數(shù)據(jù)，可視區(qū)域(波長400納米～800納米)中的透射率為32～40％，可以確認(rèn)相對于波長具有平坦性優(yōu)良的透射率特性。此外，可視區(qū)域中的反射率小于4％，反射防止效果良好。而且，確認(rèn)這些光學(xué)特性在使用圖2和3所示結(jié)構(gòu)的薄膜基板的吸收型多層膜ND濾光器中也同樣可以獲得。
此外，關(guān)于上述包含7.5重量％的Ti的鎳靶的Ni-Ti薄膜的成膜速度變化，對靶使用初期和靶侵蝕(靶由噴鍍而減少了的區(qū)域)深度變成5毫米時(shí)進(jìn)行比較，成膜速度變化小，為5％左右。
因而，根據(jù)實(shí)施例1中使用上述包含7.5重量％的Ti的鎳靶所制造的吸收型多層膜ND濾光器，由于連續(xù)使用所述靶直至用完可維持一定的成膜速度而被生產(chǎn)，因此批量生產(chǎn)性優(yōu)良。
〔實(shí)施例2〕使用包含7.1重量％的Ti的鎳靶〔住友金屬礦山(株)社制造〕替代上述鎳系材料靶，除此之外，采用與實(shí)施例1相同條件按照表1的膜(2)～膜(6)的順序成膜，制作圖1所示的吸收型多層膜ND濾光器。
此外，該鎳靶(住友金屬礦山社制造)也可以在非磁性用陰極中穩(wěn)定地放電。
而且，根據(jù)實(shí)施例2的吸收型多層膜ND濾光器在可視區(qū)域(波長400納米～800納米)的透射率為32～40％，可以確認(rèn)相對于波長顯示平坦性優(yōu)良的透射率特性。此外，可視區(qū)域的反射率小于4％，反射防止效果良好。
此外，關(guān)于上述包含7.1重量％的Ti的鎳靶的鎳系(Ni-Ti)薄膜的成膜速度變化，對靶使用初期和上述靶侵蝕深度變成5毫米時(shí)進(jìn)行比較，成膜速度變化小，為5％左右。
因而，使用上述包含7.1重量％的Ti的鎳靶所制造的根據(jù)實(shí)施例2的吸收型多層膜ND濾光器，由于連續(xù)使用所述靶直至用完可維持一定的成膜速度而被生產(chǎn)，因此批量生產(chǎn)性優(yōu)良。
〔實(shí)施例3〕使用包含15重量％的Ti的鎳靶〔住友金屬礦山(株)社制造〕替代上述鎳系材料靶，除此之外，采用與實(shí)施例1相同條件按照表1的膜(2)～膜(6)的順序成膜，制作圖1所示的吸收型多層膜ND濾光器。
此外，該鎳靶(住友金屬礦山(株)社制造)也可以在非磁性用陰極中穩(wěn)定地放電。
而且，根據(jù)實(shí)施例3的吸收型多層膜ND濾光器在可視區(qū)域(波長400納米～800納米)的透射率為38～44％，可以確認(rèn)相對于波長顯示平坦性優(yōu)良的透射率特性。此外，可視區(qū)域的反射率小于4％，反射防止效果良好。
此外，關(guān)于上述包含15重量％的Ti的鎳靶的鎳系薄膜的成膜速度變化，對靶使用初期和上述靶侵蝕深度變成5毫米時(shí)進(jìn)行比較，成膜速度變化小，為5％左右。
因而，使用上述包含15重量％的Ti的鎳靶所制造的根據(jù)實(shí)施例3的吸收型多層膜ND濾光器，由于連續(xù)使用所述靶直至用完可維持一定的成膜速度而被生產(chǎn)，因此批量生產(chǎn)性優(yōu)良。
〔實(shí)施例4〕使用包含6.5重量％的Ti的鎳靶〔住友金屬礦山(株)社制造〕替代上述鎳系材料靶，除此之外，采用與實(shí)施例1相同條件按照表1的膜(2)～膜(6)的順序成膜，制作圖1所示的吸收型多層膜ND濾光器。
此外，該鎳靶(住友金屬礦山(株)社制造)難以在非磁性用陰極中穩(wěn)定地放電，通過使用強(qiáng)磁性用陰極才有可能放電或成膜。
但是與實(shí)施例1～3相比，對應(yīng)于鎳靶的消耗，在相同功率下的放電電壓和放電電流的變化大，成膜速度的變化也非常明顯。因而，使用這種鎳靶時(shí)，必須定期測量成膜速度。
采用依次進(jìn)行成膜速度測量的調(diào)整方法，按照表1的膜(2)～膜(6)的順序成膜，制作圖1所示的吸收型多層膜ND濾光器。
根據(jù)實(shí)施例4的吸收型多層膜ND濾光器在可視區(qū)域(波長400納米～800納米)的透射率為32～40％，可以確認(rèn)相對于波長顯示平坦性優(yōu)良的透射率特性。此外，可視區(qū)域的反射率小于4％，反射防止效果良好。
〔實(shí)施例5〕將包含7.5重量％的Ti的鎳金屬層和SiO2層交替地層疊的由總共6層組成的光學(xué)多層體，通過由SiOx(x＜2)組成的密合層形成在基板上，由此與實(shí)施例1相同地制作出表2所示結(jié)構(gòu)的吸收型多層膜ND濾光器。
表2

使用自動記錄分光光度計(jì)裝置〔日立制作所制，U4100〕測量所制造的吸收型多層膜ND濾光器的透射率和反射率，測量結(jié)果如圖7A、圖7B所示。
根據(jù)圖7A、圖7B所示的數(shù)據(jù)，在可視區(qū)域(波長400納米～800納米)的透射率為34～37％，可以確認(rèn)相對于波長具有平坦性優(yōu)良的透射率特性。此外，可視區(qū)域的反射率小于4％，反射防止效果良好。而且，這些光學(xué)特性在使用圖2和3所示結(jié)構(gòu)的薄膜基板的吸收型多層膜ND濾光器中也同樣可以獲得。
〔實(shí)施例6〕使用包含7重量％的V的鎳靶〔住友金屬礦山(株)社制造〕替代上述鎳系材料靶，除此之外，采用與實(shí)施例1相同條件按照表1的膜(2)～膜(6)的順序成膜，制作圖1所示的吸收型多層膜ND濾光器。
此外，該鎳靶(住友金屬礦山(株)社制造)也可以在非磁性用陰極中穩(wěn)定地放電。
而且，根據(jù)實(shí)施例6的吸收型多層膜ND濾光器在可視區(qū)域(波長400納米～800納米)的透射率為32～40％，可以確認(rèn)相對于波長顯示平坦性優(yōu)良的透射率特性?？梢晠^(qū)域的反射率小于4％，反射防止效果良好。此外，即使與使用包含7.5重量％的Ti的鎳金屬層的根據(jù)實(shí)施例1的吸收型多層膜ND濾光器相比，透射率以及反射率的相差在±0.5％以內(nèi)，可以獲得幾乎相同的光學(xué)特性。
此外，關(guān)于上述包含7重量％的V的鎳靶的鎳系(Ni-V)薄膜的成膜速度變化，對靶使用初期和上述靶侵蝕深度變成5毫米時(shí)進(jìn)行比較，成膜速度變化小，為3％左右。
因而，使用上述包含7重量％的V的鎳靶所制造的根據(jù)實(shí)施例6的吸收型多層膜ND濾光器，由于連續(xù)使用所述靶直至用完可維持一定的成膜速度而被生產(chǎn)，因此批量生產(chǎn)性優(yōu)良。
〔實(shí)施例7〕使用包含19重量％的W的鎳靶〔住友金屬礦山(株)社制造〕替代上述鎳系材料靶，除此之外，采用與實(shí)施例1相同條件按照表1的膜(2)～膜(6)的順序成膜，制作圖1所示的吸收型多層膜ND濾光器。
此外，該鎳靶(住友金屬礦山(株)社制造)也可以在非磁性用陰極中穩(wěn)定地放電。
而且，根據(jù)實(shí)施例7的吸收型多層膜ND濾光器在可視區(qū)域(波長400納米～800納米)的透射率為32～40％，可以確認(rèn)相對于波長顯示平坦性優(yōu)良的透射率特性。可視區(qū)域的反射率小于4％，反射防止效果良好。此外，即使與使用包含7.5重量％的Ti的鎳金屬層的根據(jù)實(shí)施例1的吸收型多層膜ND濾光器相比，透射率以及反射率的相差在±0.5％以內(nèi)，可以獲得幾乎相同的光學(xué)特性。
此外，關(guān)于上述包含19重量％的W的鎳靶的鎳系(Ni-W)薄膜的成膜速度變化，對靶使用初期和上述靶侵蝕深度變成5毫米時(shí)進(jìn)行比較，成膜速度變化小，為6％左右。
因而，使用上述包含19重量％的W的鎳靶所制造的根據(jù)實(shí)施例7的吸收型多層膜ND濾光器，由于連續(xù)使用所述靶直至用完可維持一定的成膜速度而被生產(chǎn)，因此批量生產(chǎn)性優(yōu)良。
〔實(shí)施例8〕使用包含4.5重量％的Al和0.5重量％的Ti的鎳靶〔住友金屬礦山(株)社制造〕替代上述鎳系材料靶，除此之外，采用與實(shí)施例1相同條件按照表1的膜(2)～膜(6)的順序成膜，制作圖1所示的吸收型多層膜ND濾光器。
此外，該鎳靶(住友金屬礦山(株)社制造)也可以在非磁性用陰極中穩(wěn)定地放電。
而且，根據(jù)實(shí)施例8的吸收型多層膜ND濾光器在可視區(qū)域(波長400納米～800納米)的透射率為32～40％，可以確認(rèn)相對于波長顯示平坦性優(yōu)良的透射率特性?？梢晠^(qū)域的反射率小于4％，反射防止效果良好。此外，即使與根據(jù)實(shí)施例1的使用包含7.5重量％的Ti的鎳金屬層的吸收型多層膜ND濾光器相比，透射率和反射率的相差在±0.5％以內(nèi)，可以獲得幾乎相同的光學(xué)特性。
此外，關(guān)于上述包含4.5重量％的Al和0.5重量％的Ti的鎳靶的鎳系(Ni-Al-Ti)薄膜的成膜速度變化，對靶使用初期和上述靶侵蝕深度變成5毫米時(shí)進(jìn)行比較，成膜速度變化小，為5％左右。
因而，使用上述包含4.5重量％的Al和0.5重量％的Ti的鎳靶所制造的根據(jù)實(shí)施例8的吸收型多層膜ND濾光器，由于連續(xù)使用所述靶直至用完可維持一定的成膜速度而被生產(chǎn)，因此批量生產(chǎn)性優(yōu)良。
〔實(shí)施例9〕除了使用包含7.1重量％的Ti的鎳靶〔住友金屬礦山(株)社制造〕替代上述鎳系材料靶，并且將電介質(zhì)層變更為Al2O3之外，采用與實(shí)施例1相同條件按照表3所示的膜(3)～膜(6)的順序成膜，制作如圖1所示的吸收型多層膜ND濾光器相同的吸收型多層膜ND濾光器(但是，不存在密合層)。
表3


此外，該鎳靶[住友金屬礦山(株)社制造]也可以在非磁性用陰極中穩(wěn)定地放電。
使用自動記錄分光光度計(jì)裝置〔日立制作所制，U4100〕測量該吸收型多層膜ND濾光器的透射率和反射率，測量結(jié)果如圖9A、圖9B所示。
根據(jù)圖9A、圖9B所示的數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)施例9的吸收型多層膜ND濾光器在可視區(qū)域(波長400納米～800納米)的透射率為35～36％，確認(rèn)相對于波長顯示平坦性優(yōu)良的透射率特性。此外，可視區(qū)域的反射率小于4％，反射防止效果良好。
此外，關(guān)于上述包含7.1重量％的Ti的上述鎳靶的鎳系(Ni-Ti)薄膜的成膜速度變化，對靶使用初期和上述靶侵蝕深度變成5毫米時(shí)進(jìn)行比較，成膜速度變化小，為5％左右。
因而，使用上述包含7.1重量％的Ti的鎳靶所制造的根據(jù)實(shí)施例9的吸收型多層膜ND濾光器，由于連續(xù)使用所述靶直至用完可維持一定的成膜速度而被生產(chǎn)，因此批量生產(chǎn)性優(yōu)良。
〔實(shí)施例10〕除了使用包含7.1重量％的Ti的鎳靶〔住友金屬礦山(株)社制造〕替代上述鎳系材料靶，并且將電介質(zhì)層變更為SiO2和Al2O3的混合物層之外，采用與實(shí)施例1相同條件按照表4所示的膜(3)～膜(6)的順序成膜，制作與圖1所示的吸收型多層膜ND濾光器相同的吸收型多層膜ND濾光器(但是，不存在密合層)。
表4

此外，該鎳靶[住友金屬礦山(株)社制造]也可以在非磁性用陰極中穩(wěn)定地放電。
使用自動記錄分光光度計(jì)裝置〔日立制作所制，U4100〕測量該吸收型多層膜ND濾光器的透射率和反射率，測量結(jié)果如10A、圖10B所示。
根據(jù)圖10A、圖10B所示的數(shù)據(jù)，確認(rèn)有關(guān)實(shí)施例10的吸收型多層膜ND濾光器在可視區(qū)域(波長400納米～800納米)的透射率為34～36％，相對于波長顯示平坦性優(yōu)良的透射率特性。此外，可視區(qū)域的反射率小于2％，反射防止效果良好。
此外，關(guān)于上述包含7.1重量％的Ti的鎳靶的鎳系(Ni-Ti)薄膜的成膜速度變化，對靶使用初期和上述靶侵蝕深度變成5毫米時(shí)進(jìn)行比較，成膜速度變化小，為5％左右。
因而，使用上述包含7.1重量％的Ti的鎳靶所制造的根據(jù)實(shí)施例10的吸收型多層膜ND濾光器，由于連續(xù)使用所述靶直至用完可維持一定的成膜速度而被生產(chǎn)，因此批量生產(chǎn)性優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種吸收型多層膜ND濾光器，其特征在于，包括基板和、光學(xué)多層體；該光學(xué)多層體由以鎳為主要成分的金屬層以及Si2、Al2O3或它們的混合物中的任一種電介質(zhì)層在上述基板上交替層疊而形成。
2.如權(quán)利要求1所述的吸收型多層膜ND濾光器，其特征在于，以Ni為主要成分的金屬層，由將從Ti、Al、V、W、Ta、Si中所選擇的一種以上的元素添加到Ni中的Ni系合金材料所構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的吸收型多層膜ND濾光器，其特征在于，分別將Ti元素的添加比例設(shè)定為5～15重量％、Al元素的添加比例設(shè)定為3～8重量％、V元素的添加比例設(shè)定為3～9重量％、W元素的添加比例設(shè)定為18～32重量％、Ta元素的添加比例設(shè)定為5～12重量％、Si元素的添加比例設(shè)定為2～6重量％的范圍。
4.如權(quán)利要求1所述的吸收型多層膜ND濾光器，其特征在于，上述基板由樹脂板或樹脂薄膜構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的吸收型多層膜ND濾光器，其特征在于，上述樹脂板或樹脂薄膜，由從聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚芳酯、聚碳酸酯、聚烯烴和降冰片烯的樹脂材料中所選擇的樹脂板或樹脂膜單一材料構(gòu)成，或者由從上述樹脂材料中所選擇的樹脂板或樹脂膜單一材料和至少覆蓋該單一材料的單面的丙烯基系有機(jī)膜的復(fù)合材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的吸收型多層膜ND濾光器，其特征在于，上述光學(xué)多層體包括自上述基板側(cè)起按金屬層、電介質(zhì)層、金屬層、電介質(zhì)層的順序?qū)盈B而成的4層。
7.如權(quán)利要求1、2、3或6所述的吸收型多層膜ND濾光器，其特征在于，上述金屬層的各個(gè)膜厚分別設(shè)定在2～30納米的范圍。
8.如權(quán)利要求1所述的吸收型多層膜ND濾光器，其特征在于，由Si、SiOx1、SiNx2、Ti、TiOx3或TiNx4構(gòu)成的密合層，設(shè)置在上述基板和光學(xué)多層體之間，其中x1≤2、x2≤1、x3≤2、x4≤1。
9.如權(quán)利要求1所述的吸收型多層膜ND濾光器，其特征在于，在400～800納米的可視區(qū)域中反射率小于等于5％，而且，透射率的變化幅度在10％以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及吸收型多層膜ND濾光器，該吸收型多層膜ND濾光器具有包括基板和、以鎳(Ni)為主要成分的金屬層和SiO
文檔編號G02B1/10GK1725045SQ200510084879
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月20日
發(fā)明者大上秀晴, 阿部能之, 中山德行 申請人:住友金屬礦山株式會社