CN100371739C - 反射镜及使用此反射镜的光学仪器 - Google Patents

反射镜及使用此反射镜的光学仪器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了反射镜及使用此反射镜的光学仪器。一种反射镜，是在树脂基板上，从此树脂基板侧开始依次设置有底层、反射层、保护层的反射镜，其中反射层由Ag膜形成，底层和保护层均由1层或1层以上的TiO2膜和1层或1层以上的Al2O3膜形成，底层与树脂基板接触的膜为TiO2膜。

Description

反射镜及使用此反射镜的光学仪器
技术领域
本发明涉及反射镜及使用此反射镜的光学仪器，所述反射镜例如对可见光区域(波长400～700nm)内的规定波长带稳定，耐久性良好，能够获得高反射率，且适用于电视摄像机、摄影机、数码照相机等光学系统中使用的光学部件。
背景技术
现在，反射镜使用Al膜的情况较为常见，但是近年来将在广泛的可见光区域波长范围内能够获得高反射率的银膜蒸镀在树脂基板上得到的银反射镜开始为人们所知。
作为反射膜的银膜能获得较高的反射率，但是，如果暴露在外部空气中，则会被腐蚀，导致反射率降低等，耐环境性差。
因此，为了提高使用银膜的反射镜对环境的耐久性，必须采用实施包裹银层的保护膜等方法。
特开平05-127005号公报或特开平06-313803号公报中公开了在银膜的底层(设置在基板与银膜之间的膜)或保护膜中使用硫化物的反射镜。
另一方面，特开平07-005309号公报、特开平08-327809号公报或特开2001-74922号公报中公开了在银膜的底层或保护膜上使用金属膜的反射镜。
除此之外，还已知有在银膜中添加其他材料(例如Pd、Al、Au)得到的反射镜。
上述各公报中提出的反射镜采用了改善使用树脂基板代替玻璃基板、使用Ag膜代替Al膜时导致的耐久性或可靠性(膜剥离、模糊等)降低的方法。
能够确认上述各公报中提出的反射镜改善了耐久性或可靠性，但是成膜后的初期反射率倾向于变得不稳定。而且，用胶带(tape)进行的密合试验、或温度为80度条件下100小时的高温试验、或温度为60度、湿度为90％条件下的1000小时环境试验等可靠性试验的结果有时出现膜剥离、模糊等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用树脂基板、在其上形成作为反射膜的银膜时适当地形成底层和保护层、从而能够容易地获得高耐久性和可靠性的反射镜及具有此反射镜的光学仪器。
本发明的其他目的在于提供一种反射镜，是在树脂基板上，从此树脂基板侧开始依次设置有底层、反射层、保护层的反射镜，其特征在于，此反射层由Ag膜形成，此底层和此保护层均由1层或1层以上的TiO2膜和1层或1层以上的Al2O3膜形成，此底层与此树脂基板接触的膜为TiO2膜。
在上述反射镜中，上述底层和保护层均优选由TiO2膜和Al2O3膜的交替层形成。
在上述反射镜中，上述底层与上述反射层接触的膜优选为TiO2膜。
在上述反射镜中，上述底层中所含Al2O3膜的几何合计膜厚优选为10nm或10nm以上。
在上述反射镜中，上述底层中所含Al2O3膜的几何合计膜厚优选为100nm或100nm以下。
在上述反射镜中，上述底层与上述树脂基板接触的TiO2膜的几何膜厚优选为80nm或80nm以下。
在上述反射镜中，上述保护层优选还具有由几何膜厚为1～20nm的SiOx(1＜x＜2)构成的保护层。
在上述反射镜中，上述底层优选从上述树脂基板侧开始依次由TiO2膜、Al2O3膜2层、或TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜3层、或TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜4层、或TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜5层构成。
在上述反射镜中，上述保护层优选从上述反射层侧依次由Al2O3膜、TiO2膜2层、或Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜4层、或TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜3层、或TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜5层、或Al2O3膜、TiO2膜、SiOx膜(1＜x＜2)3层构成。
本发明的其他目的为提供一种具有上述反射镜的光学部件。
本发明的其他目的为提供一种具有上述光学部件的光学仪器。
附图说明
图1是本发明实施例的膜构成模式图。
具体实施方式
下面，基于附图，详细说明本发明的实施例。
图1是本发明的反射镜(银反射镜)实施例的要部剖面简图。本实施例的反射镜在树脂基板10上依次设置底层20、银层30、保护层40。
具体而言，上述反射镜由下述结构构成：在树脂基板10上设置由3层21、22、23构成的底层20，其上为反射层(银层)30，最后设置由2层41、42构成的保护层40。
需要说明的是底层20和保护层40的层数除了图1所示之外，只要能够满足下述条件，就可以为任意值。
底层20和保护层40均形成至少含有1层Al2O3膜的结构。这是发明者研究的结果，即为了改善银层30的耐久可靠性，在银层30的两侧(上下侧)设置透湿率低、对从基板10逸出的气体成分遮蔽效果高的膜是有效的。
保护层40是由TiO2膜和Al2O3膜的交替层形成的结构。
这是因为TiO2膜和Al2O3膜的组合不仅能够在作为表面反射镜时获得高反射率，而且最适于改善反射镜的可靠性。
底层20是由TiO2膜和Al2O3膜的交替层形成的结构。这是因为银层30两侧的交替层为同一材料、大致相同的构成时，不仅能够在作为背面反射镜时获得高反射率，而且能够改善反射镜的可靠性，特别是银层30与底层20间的密合力，或银层30与保护层40间的密合力。
底层20与树脂基板10相接触的膜21是由TiO2膜形成的结构。这是由于TiO2膜能够有效地改善反射镜的可靠性，特别是树脂基板10与底层20间的密合力。
底层20与银层30接触的膜23是由TiO2膜形成的结构。这是由于TiO2膜能够有效地改善反射镜的可靠性，特别是银层30与底层20间的密合力。
接下来说明各层优选的几何膜厚(并非是设膜厚为d、膜的折射率为n时的光学膜厚nd，而是物理学膜厚)。
底层20中所含Al2O3膜的几何合计膜厚为10nm或10nm以上，100nm或100nm以下。这是由于作为用于改善银层30的可靠性、特别是因吸湿、从基板10逸出的气体成分导致银层30出现模糊状况的Al2O3膜几何合计膜厚，如果没有10nm或10nm以上的厚度，则没有效果；作为用于改善温度60℃、湿度90％条件下1000H(小时)环境试验中出现的膜浮起状况的Al2O3膜几何合计膜厚，优选为100nm或100nm以下的厚度。
底层20与树脂基板10接触的TiO2膜21的膜厚为80nm或80nm以下。这是由于作为用于改善温度60℃、湿度90％条件下1000H(小时)环境试验中出现的膜浮起状况的TiO2膜几何膜厚，优选为80nm或80nm以下。
需要说明的是本实施例中，在由TiO2膜和Al2O3膜的交替层形成的保护层40上，也可以设置由几何膜厚1～20nm以下的SiOx(1＜x＜2)构成的第2保护层。由此能够有效地改善反射镜的可靠性、特别是表面的耐划伤性。
下面，说明本发明各实施例的具体膜构成。
(实施例1)
使用不透明的聚碳酸酯基板(含有黑色成分)作为树脂基板10，利用真空蒸镀方法制成银表面反射镜。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述5层结构：作为底层20的TiO2膜(折射率～2.15)、Al2O3膜(折射率1.6)，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的Al2O3膜、TiO2膜。
保护层40的几何膜厚为：Al2O3膜55nm，TiO2膜60nm；底层20的各材料的几何膜厚也大致相同。成膜时的基板加热采用不加热法，蒸发装置全部使用电子枪。此银表面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的成膜后初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所述。密合性、外观在实用方面均无问题。需要说明的是表1中A或B表示实用方面没有问题，C表示有问题。
(实施例2)
与实施例1同样地制造银表面反射镜。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述6层结构：作为底层20的TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的Al2O3膜、TiO2膜。
膜结构的模式图与图1相同。保护层40的几何膜厚为：Al2O3膜55nm，TiO2膜60nm；底层20的各材料的几何膜厚也大致相同。此银表面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所示。密合性、外观方面均良好。
(实施例3)
与实施例1同样地制造银表面反射镜。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述9层结构：作为底层20的TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜。保护层40的几何膜厚从银层30侧开始依次为：Al2O3膜60nm，TiO2膜60nm，Al2O3膜95nm，TiO2膜40nm；底层20的各材料的几何膜厚从基板10侧开始依次为：TiO2膜40nm，Al2O3膜50nm，TiO2膜65nm，Al2O3膜50nm，中间夹着银层30，形成大致相同的结构。此银表面反射镜的初期反射率为98％或98％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所述。环境试验的结果为出现了无法由肉眼判断的微小膜浮起，但是，在密合性、外观方面均没有实用上的问题。
(实施例4)
与实施例1同样地制造银表面反射镜。膜构成为由基板10例开始依次形成下述11层结构：作为底层20的TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜。保护层40的几何膜厚从银层30侧开始依次为：TiO2膜95nm，Al2O3膜85nm，TiO2膜60nm，Al2O3膜55nm，TiO2膜20nm；底层20的各材料的几何膜厚从基板10侧开始依次为：TiO2膜40nm，Al2O3膜10nm，TiO2膜60nm，Al2O3膜10nm，TiO2膜95nm，中间夹着银层30，形成对称的大致相同的结构。底层20的各材料的几何膜厚也是在中间夹着银层30形成大致相同的结构。此银表面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所示。密合性、外观方面均良好。
(实施例5)
与实施例1同样地制造银表面反射镜。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述7层结构：作为底层20的TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的Al2O3膜、TiO2膜、SiOx膜(1＜x＜2)。保护层40的几何膜厚为：Al2O3膜55nm，TiO2膜55nm，SiOx膜10nm；底层20的各材料的几何膜厚也大致相同。此银表面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所示。密合性、外观方面均良好。另外，用柔性擦拭纸(silbon纸)进行的磨擦试验结果表明与实施例2相比得到了改善。
(实施例6)
与实施例1同样地制造银背面反射镜。但是，作为树脂基板10使用透明的聚碳酸酯基板。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述7层结构：作为底层20的TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜。底层20的几何膜厚从树脂基板10侧开始依次为：TiO2膜80nm，Al2O3膜80nm，TiO2膜105nm；保护层40的各材料的几何膜厚也与银层对称地大致相同。此银背面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所示。环境试验的结果为产生无法用肉眼判断的微小膜浮起，密合性、外观在实用方面完全没有问题。
(实施例7)
与实施例2同样地制造银表面反射镜。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述6层结构：作为底层20的TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的Al2O3膜、TiO2膜。保护层40的几何膜厚为：Al2O3膜55nm，TiO2膜60nm；底层20的各材料的几何膜厚从基板10侧开始依次为：TiO2膜60nm，Al2O3膜10nm，TiO2膜60nm，之间夹着银层30，形成大致相同的结构。此银表面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所示。高温放置试验结果为产生无法用肉眼判断的极轻微模糊，密合性、外观在实用方面均完全没有问题。
(实施例8)
与实施例1同样地制造银表面反射镜。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述6层结构：作为底层20的TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的Al2O3膜、TiO2膜。
保护层40的几何膜厚为：Al2O3膜55nm，TiO2膜60nm；底层20的各材料的几何膜厚从基板10侧开始依次为：TiO2膜60nm，Al2O3膜100nm，TiO2膜60nm，之间夹着银层30，形成大致相同的结构。此银表面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所示。环境试验结果为产生无法用肉眼判断的微小膜浮起，密合性、外观在实用方面均完全没有问题。
下面，示出本发明实施例的比较例。
(比较例1)
与实施例1同样地使用不透明的聚碳酸酯树脂基板10(含有黑色成分)，利用真空蒸镀法制造银表面反射镜。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述4层结构：作为底层20的TiO2膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的Al2O3膜、TiO2膜。
保护层40的几何膜厚为：Al2O3膜55nm，TiO2膜60nm；底层20的几何膜厚为100nm。此银表面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的成膜后初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所示。密合性良好，但外观上出现模糊，不适于实用。
(比较例2)
与比较例1同样地制造银表面反射镜。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述4层结构：作为底层20的Al2O3膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的Al2O3膜、TiO2膜。
保护层40的几何膜厚为：Al2O3膜55nm，TiO2膜60nm；底层20的几何膜厚为100nm。此银表面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的成膜后初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所示。在外观方面，未发生模糊，但是环境试验的结果为发生可以用肉眼判断的浮起。另外，对于密合性而言，基板10和Al2O3膜间、或Al2O3膜与银层30间发生剥离，不适于实用。
(比较例3)
与比较例1同样地制造银表面反射镜。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述5层结构：作为底层20的SiOx(1＜x＜2)膜、TiO2膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的Al2O3膜、TiO2膜。
保护层40的几何膜厚为：Al2O3膜55nm，TiO2膜60nm；底层20的几何膜厚从基板10侧开始依次为50nm、100nm。此银表面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的成膜后初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所示。在外观方面，发生模糊，密合试验的结果为基板和SiOx膜间发生剥离，因此不适于实用。
(比较例4)
与比较例1同样地制造银表面反射镜。膜构成为由基板10侧开始依次形成下述5层结构：作为底层20的Al2O3膜、TiO2膜，作为反射膜30的Ag膜，作为保护层40的Al2O3膜、TiO2膜。保护层40的几何膜厚为：Al2O3膜55nm，TiO2膜60nm；就底层20的几何膜厚而言，Al2O3膜、TiO2膜的膜厚大致相同。此银表面反射镜的初期反射率为97％或97％以上(波长为550nm)，是理想的结果。
为了进行可靠性评价，实施利用胶带剥离进行的初期密合试验，及温度80度条件下100小时的高温放置试验，温度60度、湿度90％条件下1000H(小时)的环境试验。结果如表1所示。密合试验的结果为基板和Al2O3膜间发生剥离。另外，环境试验的结果为发生可以用肉眼判断的浮起，因此不适于实用。
表1
研究例   密合   外观
胶带试验   80度100小时放置试验   60度90％1000H环境试验
  实施例1   B极少数发生剥离   A   A
  实施例2   A   A   A
  实施例3   B极少数发生剥离   A   B发生微小浮起
  实施例4   A   A   A
  实施例5   A   A   A
  实施例6   A   A   B发生微小浮起
  实施例7   A   B发生极轻微模糊   A
  实施例8   A   A   B发生微小浮起
  比较例1   A   C模糊   A
  比较例2   C发生剥离   A   C发生浮起
  比较例3   C发生剥离   C模糊   A
  比较例4   C发生剥离   A   C发生浮起
如果将具有上述构成的反射镜用于电视摄像机、摄影机、数码照相机等光学系统中使用的光学部件，则能够容易地获得良好的光学特性。
根据本发明，实现了一种使用树脂基板、在其上形成作为反射层的银膜时能够容易地获得高耐久性和可靠性的反射镜及具有此反射镜的光学仪器。
特别是，根据本发明，即使使用树脂基板也能够制造反射特性、可靠性优良的银反射镜。

Claims (8)

1.一种反射镜，是在树脂基板上，从此树脂基板侧开始依次设置有底层、反射层、保护层的反射镜，其特征在于，所述反射层由Ag膜形成，所述底层和保护层均由1层或1层以上的TiO2膜和1层或1层以上的Al2O3膜形成，此底层与此树脂基板接触的膜为TiO2膜，所述底层与所述反射层接触的膜为TiO2膜，所述底层中所含Al2O3膜的几何合计膜厚为20nm或20nm以上、55nm或55nm以下。
2.如权利要求1所述的反射镜，其特征在于，所述底层和保护层均由TiO2膜和Al2O3膜的交替层形成。
3.如权利要求1所述的反射镜，其特征在于，所述底层与所述树脂基板接触的TiO2膜的几何合计膜厚为80nm或80nm以下。
4.如权利要求1所述的反射镜，其特征在于，所述保护层还具有由几何膜厚为1～20nm的SiOx构成的保护层，其中，1＜x＜2。
5.如权利要求1所述的反射镜，其特征在于，所述底层从所述树脂基板侧开始依次由
TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜3层、
或TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜5层构成。
6.如权利要求1所述的反射镜，其特征在于，所述保护层从所述反射层侧开始依次由
Al2O3膜、TiO2膜2层、
或Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜4层、
或TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜3层、
或TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜5层、
或Al2O3膜、TiO2膜、SiOx膜3层构成，其中，1＜x＜2。
7.一种具有权利要求1～6任一项所述的反射镜的光学部件。
8.一种具有权利要求7所述的光学部件的光学仪器。
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