CN113646276B - 光学构件 - Google Patents

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Abstract

一种光学构件,其为具有非晶玻璃基板和配置在所述玻璃基板的至少一个主面上的光干渉膜的传感器盖用光学构件,其中,所述光学构件具有满足如下条件的区域:对于以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光,在400nm以上且700nm以下的波长范围内的最大透射率为10%以下,且在800nm以上且1800nm以下的波长范围内的规定波长λs下的光的透射率的最小值为86.5%以上,并且在大气下且在温度200℃下将所述光学构件加热24小时前后,在所述波长λs下的以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光的最大透射率之差为3%以下。

Description

光学构件
技术领域
本发明涉及光学构件。
背景技术
最近,以实现各种自动行驶移动服务为目标,与自动驾驶相关的技术开发变得活跃。在自动驾驶技术中,需要测定车辆与周围物体的距离,为此利用使用了红外区域的光的LiDAR(光检测和测距)传感器的技术。
还设想了将LiDAR传感器等利用光的传感器例如配置在车辆的主体、A柱、B柱的柱部、保险杠等车辆的外侧的情况。在配置在车辆外侧的情况下,为了保护传感器而需要盖,从耐划伤性的观点考虑,优选玻璃。虽然要求盖对用于传感器的光具有高透射率,但从传感器精度的观点考虑,从不让不必要的光进入并防止温度升高的观点、以及从设计性的观点考虑,优选将盖制成黑色或银色。
例如,在专利文献1中,作为对应于利用从可见光区域到红外区域的光的传感器的材料,公开了将铁、铬的含量设定为规定量以下并且利用黑色油墨对玻璃进行装饰而得到的材料。另外,在专利文献2中公开了利用从可见光区域到红外区域的光的黑色玻璃。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2018/178286号
专利文献2:日本特开平7-126036号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是,专利文献1的玻璃存在如下问题:容易产生油墨的厚度不均,由于使用中的劣化而发生由光学畸变引起的传感器的误检测,或者由于为了使传感器正常工作而除去玻璃的灰雾、冰所使用的加热器的加热而导致树脂变质、或者产生光学上的畸变。
另外,专利文献2的玻璃以不具有光干渉膜的结构的透射率为对象,因此对LiDAR传感器不具有足够的透射率。即,在用于自动驾驶技术的LiDAR传感器中,要求红外区域的光(以下称为“红外光”)的高透射性具有在光干渉膜的结构中的高透射率,专利文献2的玻璃无法满足这样的高要求特性。
本发明是鉴于上述问题而完成的,主要目的在于提供一种光学构件,其通过降低可见光的透射率来隐藏传感器,抑制由热引起的传感器的误动作,并且使在LiDAR传感器中使用的红外光充分地透射而不使其发生失真。
用于解决问题的手段
本发明的光学构件为具有非晶的玻璃基板和配置在所述玻璃基板的至少一个主面上的光干渉膜的传感器盖用光学构件,其中,所述光学构件具有具备如下特性的区域:
对于以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光,在400nm以上且700nm以下的波长范围内的最大透射率为10%以下,且在800nm以上且1800nm以下的波长范围内的规定波长λs下的光的透射率的最小值为86.5%以上,并且
在大气下且在温度200℃下将所述光学构件加热24小时前后,在所述波长λs下的以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光的最大透射率之差为3%以下。
发明效果
根据本发明能够提供一种光学构件,其通过降低可见光的透射率来隐藏传感器,抑制由热引起的传感器的误动作,并且使在LiDAR传感器中使用的红外光充分地透射而不使其发生畸变。
附图说明
图1A为示意性地示出实施方式的光学构件的一例的剖视图。
图1B为示意性地示出实施方式的光学构件的另一例的剖视图。
图2为实施例中的例6的光学构件的光谱透射率曲线。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行说明。
在本说明书中,关于特定的波长范围,透射率例如为78%以上是指在该波长范围的整个区域中透射率不低于78%,同样地,透射率例如为1%以下是指在该波长范围的整个区域中透射率不超过1%。
在本说明书中,在表示数值范围的“~”中包含上下限。
本发明的实施方式的光学构件(以下也称为“本光学构件”)为具有非晶玻璃基板和配置在所述玻璃基板的至少一个主面上的光干渉膜的传感器盖用光学构件,其中,所述光学构件具有满足以下的(1)~(3)的要件的区域。
(1)对于以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光,在400nm以上且700nm以下的波长范围内的最大透射率(以下也称为“T最大400-700”)为10%以下。(2)对于以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光,在800nm以上且1800nm以下的波长范围内的规定波长λs下的光的透射率的最小值(以下也称为“T最小(2)”)为86.5%以上。(3)在大气下且在温度200℃下将光学构件加热24小时前后,在所述波长λs下的以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光的最大透射率之差(以下也称为“ΔT200℃λs”)为3%以下。
作为应用本光学构件的传感器,可以列举LiDAR传感器等使用红外区域的光进行传感的传感器。
在(1)~(3)中,入射角为相对于光学构件的主面的入射角。在本发明中,在没有特别说明的情况下,光学特性的记载为从光学构件的任意一个主面入射的光的特性,对入射面没有限制。本光学构件只要在主面的至少与传感器进行红外光的发送和接收的部位对应的规定的区域满足(1)~(3)的要件即可。本光学构件也可以在主面的整个区域均满足(1)~(3)的要件。
在本说明书中,玻璃基板和光学构件中的特定波长、例如700nm以上且1800nm以下的光的透射率和反射率可以利用入射角可变的分光光度计、例如日本分光公司制造的V-780等进行测定。
本光学构件通过满足(1)的要件,具有所要求的可见光阻隔性,通过满足(2)的要件,充分地透射在传感器中使用的红外光,通过满足(3)的要件,能够抑制该红外光的透射性因热而产生失真。
在(2)中,规定的波长λs例如是与本光学构件一起使用的LiDAR传感器等传感器在传感中使用的激光束的波长。本光学构件只要具有一个以上满足(2)的要件的规定的波长即可,也可以在两个以上的规定的波长下满足(2)的要件。作为λs,具体而言,可以列举800nm、905nm、950nm、1050nm、1550nm等,优选为选自800nm、905nm、950nm、1050nm和1550nm中的一个波长以上,更优选为两个波长以上。
在(1)中,T最大400-700为10%以下。从进一步提高可见光阻隔性的观点考虑,T最大400-700优选为3%以下,更优选为1.0%以下。
在(2)中,T最小(2)为86.5%以上。从进一步提高波长λs下的红外光透射性的观点考虑,T最小(2)优选为87%以上,更优选为89%以上,特别优选为90%以上。
在(3)中,ΔT200℃λs为3%以下。从进一步抑制红外光透射性的由热造成的影响的观点考虑,ΔT200℃λs优选为1.5%以下,更优选为0.8%以下。
本光学构件进一步优选在上述规定的区域中具有以下的(4)和(5)的特性中的至少一者,更优选具有这两种特性。
(4)从光学构件的与传感器相反侧的主面以从5度变化为60度的入射角入射时的、在ISO9050:2003中规定的可见光(使用D65光源作为光源。以下,只要没有特别说明,光源为D65光源)的反射色中,CIE1976L*a*b*色度坐标中的色度空间的色度差的ΔE为8以下。通过满足(4)的要件,从外部观察传感器时识别的反射光的色调在宽范围的入射角的范围内变化小,保持了构件的质感和与周围构件的颜色的协调,因此是优选的。ΔE优选为7以下,更优选为5以下,进一步优选为2.5以下。
(5)波长λs下的波像差为1.0λRMS以下。波像差可以由利用表面形状的测定装置、例如激光干涉式的平坦度仪(例如,Zygo公司制造;Verifire,Mark IV;富士能公司制造,G310S,ToeI公司制造;Fiat Master)、激光位移计、超声波位移计、接触式位移计等测定表面形状而得到的结果来计算。从使用各种测定装置得到的结果中除去倾斜分量(チル卜成分)后的残留物为表面形状,表面形状的最大值与最小值之差为波像差。
在本光学构件中,只要在其主面的至少与传感器进行红外光的发送和接收的部位对应的规定的区域中波像差满足(5)的要件即可。本光学构件也可以在主面的整个区域满足(5)的要件。λs下的波像差优选为0.9λRMS以下,更优选为0.6λRMS以下。更进一步优选为0.3λRMS以下。
本光学构件还可以根据从与传感器相反侧的主面以5度的入射角入射的、在ISO9050:2003中规定的可见光的平均反射率(以下也称为“Rv1平均”),并根据用途来使用。
例如,在要求从外部观察传感器时具有低反射性的情况下,具体而言,在将传感器安装在暗色系的车辆的主体上等情况下,本光学构件的Rv1平均优选小于6%。由此,几乎不损害车辆的外观。
另外,在要求从外部观察传感器时具有与光滑表面的玻璃等类似的光泽性的情况下,具体而言,在将传感器安装在光滑表面的玻璃、陶瓷等构件的附近等情况下,本光学构件的Rv1平均优选大于等于6%且小于35%。
此外,在要求从外部观察传感器时具有金属质感的光泽性的情况下,具体而言,在安装在金属色的车辆的主体上等情况下,本光学构件的Rv1平均优选为35%以上。由此,几乎不损害车辆的外观。进一步根据需要,可以使Rv1平均为60%以上,也可以使Rv1平均为70%以上。
另外,对于照射在ISO9050:2003中规定的可见光而得到的透射光,本光学构件优选根据CIE1976L*a*b*色度坐标的L*为0~25,a*为-13~13,b*为-13~13。通过处于这样的范围内,光学构件的色调即使在暗色系中也更接近于黑色。L*更优选为5~0,进一步优选为3~0。a*更优选为-10~10,进一步优选为-5~5。b*更优选为-10~10,进一步优选为-5~5。
以下,使用附图对本发明的实施方式详细地进行说明,本发明不限于本实施方式。
将本光学构件的实施方式的一例的剖视图示意性地示于图1A中。图1A所示的光学构件10A具有玻璃基板1和光干渉膜2,所述玻璃基板1具有彼此相反的第一主面1a和第二主面1b。玻璃基板1包含非晶玻璃,光干渉膜2配置在玻璃基板1的第一主面1a的整个面上。
在光学构件10A中,例如光干渉膜2的与玻璃基板1相反侧的主面2a是安装到传感器上的安装面,玻璃基板1的与光干渉膜2相反侧的主面1b是在安装到传感器上时能够从外部看到的面(以下也称为“外表面”)。在要求从外部观察传感器时具有与光滑表面的玻璃等类似的光泽性的情况下,光干渉膜2的与玻璃基板1相反侧的主面2a可以是外表面。
光学构件10A通过具有玻璃基板1和光干渉膜2,满足上述(1)~(3)的要件。光干渉膜2例如是从玻璃基板1侧起依次交替地层叠高折射率层和低折射率层而得到的多层膜。需要说明的是,在本光学构件中,只要是将包含非晶玻璃的玻璃基板组合并满足要件(1)~(3)的光干渉膜,则对层叠数量和层叠结构没有限制。
将本光学构件的实施方式的另一例的剖视图示意性地示于图1B中。图1B所示的光学构件10B具有玻璃基板1、第一光干渉膜2和第二光干渉膜3,所述玻璃基板1具有彼此相反的第一主面1a和第二主面1b。玻璃基板1包含非晶玻璃,第一光干渉膜2配置在玻璃基板1的第一主面1a的整个面上,第二光干渉膜3配置在玻璃基板1的第二主面1b的整个面上。在光学构件10B中,例如,第二光干渉膜3的与玻璃基板1相反侧的主面3b为外表面,第一光干渉膜2的与玻璃基板1相反侧的主面2a为安装到传感器上的安装面。
光学构件10B通过具有玻璃基板1、第一光干渉膜2和第二光干渉膜3,满足上述(1)~(3)的要件。第一光干渉膜2和第二光干渉膜3例如是从玻璃基板1侧起依次交替地层叠高折射率层和低折射率层而得到的多层膜,两者的结构可以相同也可以不同。
此外,作为光学构件10B的变形例,可以列举在玻璃基板1的第一主面上1a上不具有第一光干渉膜2并且在第二主面1b上具有第二光干渉膜3的结构例。在该例中,例如,第二光干渉膜3的与玻璃基板1相反侧的主面3b为外表面,第一光干渉膜2的与玻璃基板1相反侧的主面2a为安装到传感器上的安装面。只要满足要件(1)~(3),则该例也包含在本光学构件的范畴中。
以下,对构成本光学构件的玻璃基板和光干渉膜进行说明。
[玻璃基板]
在本实施方式中,玻璃基板1具有彼此相反的第一主面1a和第二主面1b。构成玻璃基板1的玻璃为非晶玻璃。
为了使本光学构件满足(1)和(2)的要件,玻璃基板优选满足以下的(G-1)~(G-3)的要件。
(G-1)对于以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光,在400nm以上且700nm以下的波长范围内的光的透射率的最大值(以下也称为“TG最大400-700”)为60%以下。如果玻璃基板满足(G-1),则本光学构件在不大幅增加组合的光干渉膜的层数的情况下容易满足(1)的要件。即,容易充分地阻隔可见光。
在本光学构件中,在玻璃基板的TG最大400-700大于55%的情况下,当为了满足(1)的要件而通过增加光干渉膜的层数来降低光学构件对波长为400nm~700nm的频带的光的透射率时,外表面中的反射色不易变成灰色或黑色,可见光的反射色的角度依赖性也变大,因此是不优选的。玻璃基板的TG最大400-700更优选为55%以下,进一步优选为50%以下,最优选为45%以下,进一步优选为30%以下。
(G-2)在400nm以上且700nm以下的波长范围内,对于在入射角为0度以上且5度以下的范围内入射的光,光的透射率为25%以上的波长范围的宽度(以下也称为“波长范围的宽度(25%以上)”)为250nm以下。如果玻璃基板满足(G-2),则本光学构件在不大幅增加组合的光干渉膜的层数的情况下容易满足(1)的要件。
当波长范围的宽度(25%以上)超过250nm时,光干渉膜用于阻隔光的反射或吸收的波长范围变宽,导致阻隔可见光所需要的光干渉膜的层数增加。由此,外表面中的反射色的入射光的角度依赖性变大,从斜向观察时的反射色看起来不是黑色,从设计上考虑是不优选的。
本光学构件的玻璃基板的波长范围的宽度(25%以上)优选为225nm以下,进一步优选为200nm以下,进一步更优选为150nm以下,进一步更优选为100nm以下,最优选为50nm以下。
另外,在400nm以上且700nm以下的波长范围内,光的透射率为3%以上的波长范围的宽度(以下也称为“波长范围的宽度(3%以上)”)优选为10nm以上。如果试图使波长范围的宽度(3%以上)为10nm以下,则玻璃中的Cr2O3、Co3O4量变多,玻璃的制造特性降低。此外,800nm以上且1800nm以下的透射率降低。波长范围的宽度(3%以上)更优选为50nm以上,更进一步优选为100nm以上。
此外,在400nm以上且700nm以下的波长范围内,光的透射率为30%以上的波长范围的宽度(以下也称为“波长范围的宽度(30%以上)”)优选为200nm以下,更优选为90nm以下。波长范围的宽度(30%以上)最优选为40nm以下。
(G-3)波长λs下的光的透射率(以下也称为“TGλs”)为78.5%以上。如果玻璃基板满足(G-3),则本光学构件容易满足(2)的要件,容易使传感器精度变得充分。玻璃基板的TGλs更优选为80%以上,进一步优选为83%以上,更进一步优选为84.5%以上,最优选为87%以上。
需要说明的是,λs选自800nm、905nm、950nm、1050nm和1550nm,它们之中的两个波长以上的TGλs优选为78.5%以上,更优选为80%以上,进一步优选为83%以上,更进一步优选为84.5%以上,最优选为87%以上。由此,本光学构件容易在宽范围的两个波长以上使传感器精度变得充分。
玻璃基板1的形状可以是平板,也可以在整个面或一部分具有曲率。需要说明的是,在玻璃基板1具有曲率的情况下,制作平坦的玻璃基板以使其成为与该玻璃基板1相同的构成来测定透射率等光学特性。在使用具有曲率的玻璃基板1的光学构件中,制作使用了平坦的玻璃基板的光学构件以使其成为与该光学构件相同的构成来测定光学特性。
玻璃基板1的厚度可以根据用途适当调节。从确保飞石安全性的强度(利用砾石试验的评价)与重量平衡的观点考虑,玻璃基板1的厚度优选为0.5mm~8mm,更优选为1mm~6mm,进一步优选为2mm~5mm,特别优选为2.5mm~4mm。特别是通过使玻璃基板1的厚度为2.5mm以上,能够进行物理强化,通过具有400nm以上的足够深的压应力层,能够得到足够的耐飞石性。
作为构成玻璃基板1的非晶玻璃,从满足(G-1)~(G-3)的光学特性的观点考虑,优选含有铬(Cr)的玻璃。具体而言,优选以按Cr2O3换算计为10质量ppm以上且20000质量ppm以下的比例含有Cr的玻璃。需要说明的是,Cr优选以氧化物的形式包含在玻璃中。通过使玻璃在上述范围内含有Cr,使用该玻璃的光学构件容易满足(1)和(2)的特性。另外,容易将Cr6+的含量调节至以下的范围内。
Cr的含有比例以Cr2O3换算计优选为100质量ppm~11000质量ppm,更优选为500质量ppm~9500质量ppm,进一步更优选为800质量ppm~8000质量ppm,最优选为1000质量ppm~7500质量ppm。
有人指出含有Cr的玻璃中的Cr6+对人体的影响。因此,根据RoHS规定,玻璃中的Cr6 +的含量优选小于1000质量ppm。更优选小于800质量ppm,进一步优选小于600质量ppm,更进一步优选小于400质量ppm,最优选小于200质量ppm。Cr6+的含量可以通过根据玻璃熔化时的气氛添加C来调节。
在此,在制造玻璃时不可避免地混入的Fe成分会降低红外光透射率。在本实施方式中,需要即使含有这样的Fe成分也能够得到高红外光透射性的玻璃。上述含有Cr的玻璃即使含有规定量的Fe也能够保持高红外光透射性,因此是优选在本实施方式中使用的玻璃。
Fe以氧化铁的形式包含在玻璃中,按Fe2O3换算计优选为1质量ppm以上且500质量ppm以下。当Fe2O3小于1质量ppm时,由玻璃熔融时的辐射热引起的温度稳定性不充分。另一方面,当Fe的含量按Fe2O3换算计超过500质量ppm时,近红外区域的透射率有时降低。Fe的含量按Fe2O3换算计优选为5质量ppm~200质量ppm,更优选为15质量ppm~120质量ppm,进一步优选为25质量ppm~75质量ppm,最优选为30质量ppm~55质量ppm。
作为含有Cr的玻璃,例如优选钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、无碱玻璃、铝硅酸盐玻璃、无碱铝硅酸盐玻璃、石英玻璃等以二氧化硅为主要成分的玻璃。
含有Cr的玻璃例如优选为具有以氧化物基准的质量%计为以下组成的钠钙玻璃。另外,也可以是硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃。
例如,以氧化物基准的质量百分比计,所述含有Cr的玻璃A含有:60%~73.0%的SiO2、0~20%的Al2O3、5%~30%的RO(在此,R为选自Mg、Ca、Sr、Ba中的一种以上)、0~5%的Li2O、3%~25%的R2O(在此,R为选自Li、Na、K中的一种以上)、按Cr2O3换算计为10质量ppm以上且20000质量ppm以下的Cr、按Fe2O3换算计为1质量ppm以上且500质量ppm以下的Fe。
例如,以氧化物基准的质量百分比计,所述含有Cr的玻璃B含有:70%~86.0%的SiO2、0~10%的Al2O3、5%~20%的B2O3、0~10%的RO(在此,R为选自Mg、Ca、Sr、Ba中的一种以上)、0~5%的Li2O、0.5%~7.5%的R2O(在此,R为选自Li、Na、K中的一种以上)、按Cr2O3换算计为10质量ppm以上且20000质量ppm以下的Cr、按Fe2O3换算计为1质量ppm以上且500质量ppm以下的Fe。
在此使用的玻璃材料为可以通过强化处理在玻璃表面形成压应力层的材料,优选为可以通过物理强化处理形成压应力层的材料。
需要说明的是,玻璃的组成可以简单地通过利用荧光X射线法的半定量分析而求出,更准确而言,可以通过电感耦合等离子体发射光谱分析等湿式分析法进行测定。需要说明的是,各成分的含量以氧化物基准的质量百分率(质量%)计,只要没有特别说明,以下用“%”表示。以下,对关于玻璃组成A、B的构成成分具体地进行说明。
在此,A为玻璃的熔融性、红外透射率优异的组成,B为波像差和飞石强度优异的组成。
首先,对玻璃A进行说明。在玻璃A的说明中,%表示质量%。另外,在玻璃A的说明中,除了比例以外比例(外割)的含义进行说明的情况以外,比例为内比例(内割)。
SiO2是构成玻璃骨架的成分,SiO2是必不可少的。另外,SiO2是提高化学耐久性的成分,是减少在玻璃表面上产生损伤(压痕)时的裂纹的产生的成分。
SiO2的含量为60%以上。为了有效地发挥上述特性,SiO2的含量优选为64%以上,更优选为67%以上。另一方面,当SiO2的含量超过73%时,熔融性有降低的倾向,因此SiO2的含量为73%以下,优选为71%以下,更优选为70%以下。
Al2O3是提高耐酸性、杨氏模量、硬度的成分,当含有Al2O3时其是优选的成分。另外,Al2O3是提高玻璃的玻璃化转变温度(Tg)的成分,为了调节玻璃化转变温度,可以含有Al2O3
Al2O3的含量优选为0.1%以上。为了有效地发挥上述特性,Al2O3的含量优选为0.3%以上。另一方面,当Al2O3的含量超过20%时,玻璃的耐酸性有降低的倾向,或者失透温度有变高的倾向,因此Al2O3的含量为20%以下。另外,玻璃的粘性有可能增大、熔融性有可能降低。因此,Al2O3的含量优选为15%以下,更优选为10%以下,进一步优选为8%以下,特别优选为5%以下。
RO(在此,R为选自Mg、Ca、Sr、Ba中的一种以上)是提高玻璃的熔融性的成分,是提高杨氏模量的成分,也是调节膨胀系数的成分,是必不可少的成分。RO的含量表示以下说明的MgO、CaO、SrO、BaO的含量的合计量。RO的含量为5%~30%,优选为15%~25%,更优选为17%~23%,进一步优选为19%~22%。
MgO是提高玻璃的熔融性的成分,是提高杨氏模量的成分,也是调节膨胀系数的成分,可以含有MgO。在含有MgO的情况下MgO的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为2%以上,特别优选为2.4%以上,最优选为3%以上。另一方面,当MgO的含量超过10%时,失透特性降低,因此MgO的含量优选为10%以下。MgO的含量更优选为7.5%以下,进一步优选为5%以下,最优选为4%以下。
CaO是提高玻璃的熔融性的成分,是提高杨氏模量的成分,也是调节膨胀系数的成分,可以含有CaO。在含有CaO的情况下CaO的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为2%以上,特别优选为3%以上,最优选为4%以上。另一方面,当CaO的含量超过12%时,失透特性降低,因此CaO的含量优选为12%以下。CaO的含量更优选为10%以下,进一步优选为8%以下,特别优选为6%以下,最优选为4.5%以下。
SrO是提高玻璃的熔融性的成分,是提高杨氏模量的成分,也是调节膨胀系数的成分,可以含有SrO。在含有SrO的情况下SrO的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为2%以上,特别优选为3%以上,最优选为5%以上。另一方面,当SrO的含量超过15%时,失透特性降低,因此SrO的含量优选为15%以下。SrO的含量更优选为12%以下,进一步优选为10%以下,特别优选为8%以下,最优选为7%以下。为了降低脆性,SrO的含量优选为5%以下,更优选不含有SrO。
BaO是提高玻璃的熔融性的成分,是提高杨氏模量的成分,也是调节膨胀系数的成分,可以含有BaO。在含有BaO的情况下BaO的含量优选为0.5%以上,更优选为2%以上,进一步优选为4%以上,特别优选为6%以上,最优选为7%以上。另一方面,当BaO的含量超过20%时,失透特性降低,因此BaO的含量优选为20%以下。BaO的含量更优选为15%以下,进一步优选为12%以下,特别优选为10%以下,最优选为8%以下。为了降低脆性,BaO的含量优选为5%以下,优选不含有BaO。
R2O(在此,R为选自Li、Na、K中的一种以上)是调节玻璃的粘性并改善熔融性的成分,是必不可少的。R2O的含量是这些成分的总量(Li2O+Na2O+K2O)。R2O的含量为3%以上,优选为4%以上,更优选为6%以上,进一步优选为8%以上。另一方面,当R2O的含量超过25%时,玻璃的耐酸性有降低的倾向,膨胀系数有变大的倾向,因此R2O的含量为25%以下。R2O的含量优选为20%以下,更优选为15%以下,最优选为12%以下。
Li2O实现重量轻、具有绝缘性、具有足够强度的红外线透射玻璃,因此是在保持低密度的状态下增大杨氏模量的方面有用的成分。另外,能够在保持膨胀系数的状态下降低熔融粘性。此外,为了提高红外区域的透射率,优选含有Li2O。
特别是在想要在含有0.2%以上的Cr2O3的同时提高红外区域的透射率的情况下,Li2O的含量优选为1%以上,更优选为2%以上,进一步优选为3%以上,特别优选为3.5%以上。另一方面,当Li2O的含量超过5%时,玻璃的失透特性有降低的倾向,玻璃的耐酸性有降低的倾向,因此Li2O的含量为5%以下,优选为4%以下,更优选为3.5%以下。
另外,在想要在含有小于0.2%的Cr2O3同时提高红外区域的透射率的情况下,优选含有Li2O。Li2O的含量优选为0.1%以上,更优选为0.5%以上,进一步优选为1%以上,特别优选为1.3%以上。另一方面,当Li2O的含量超过5%时,玻璃的失透特性有降低的倾向,玻璃的耐酸性有降低的倾向,因此Li2O的含量为5%以下,优选为4%以下,更优选为3%以下,最优选为2%以下。
Na2O是调节膨胀系数、提高玻璃的熔融性的成分,优选含有Na2O。Na2O的含量优选为1%以上,进一步优选为2%以上。另一方面,当Na2O的含量超过20%时,膨胀系数变得过大,耐酸性降低。Na2O的含量优选为15%以下,更优选为12%以下,进一步优选为10%以下,特别优选为7%以下,最优选为4%以下。
K2O是调节膨胀系数、提高玻璃的熔融性的成分,可以含有K2O。在含有K2O的情况下K2O的含量优选为0.1%以上,更优选为1%以上,更进一步优选为3%以上。另一方面,当K2O的含量超过10%时,膨胀系数变大,失透特性降低,杨氏模量降低,因此K2O的含量优选为10%以下。K2O的含量更优选为8%以下,进一步优选为7%以下,特别优选为6%以下,最优选为5%以下。
Cr以氧化物的形式包含在所述玻璃中,通过以按Cr2O3换算计为10质量ppm以上且20000质量ppm以下的比例含有Cr,赋予玻璃上述光学特性。Cr的含有比例按Cr2O3换算计,优选为100质量ppm~11000质量ppm,更优选为500质量ppm~9500质量ppm,进一步更优选为800质量ppm~8000质量ppm,最优选为1000质量ppm~7500质量ppm。
根据RoHS规定,玻璃中的Cr6+的含量优选小于1000质量ppm。更优选小于800质量ppm,进一步优选小于600质量ppm,更进一步优选小于400质量ppm,最优选小于200质量ppm。
Fe以氧化物的形式包含在所述玻璃中,通过以按Fe2O3换算计为1质量ppm以上且500质量ppm以下的比例含有Fe,能够使玻璃在保持红外透射率的同时改善熔化性。Fe的含量按Fe2O3换算计,优选为5质量ppm~200质量ppm,更优选为15质量ppm~120质量ppm,进一步优选为25质量ppm~75质量ppm,最优选为30质量ppm~55质量ppm。
另外,作为该玻璃A的玻璃组成,除了上述成分以外,在不妨碍本实施方式的效果的范围内,可以含有各种任选成分。在此,作为任选成分,例如可以列举以下的成分。
Co3O4是吸收可见光区域的光、使800nm~1100nm的近红外波长范围的光透射、改善澄清性的成分,可以以1000质量ppm以下的比例含有Co3O4。当超过1000质量ppm时,红外透射率降低。优选为10质量ppm以上且700质量ppm以下,进一步优选为100质量ppm以上且600质量ppm以下。
MnO2是吸收可见光区域的光、使近红外区域的光透射的成分,可以以2000质量ppm以下的比例含有MnO2。当超过2000质量ppm时,红外透射率降低。优选为1500质量ppm以下,进一步优选为1000质量ppm以下,进一步优选为800质量ppm以下。
B2O3是降低红外线透射玻璃的脆性、改善耐冲击性、而且提高熔融性的成分。B2O3不是必不可少的,但是为了提高熔融性和耐冲击性,在含有B2O3的情况下B2O3的含量优选为0.5%以上,更优选为2%以上,进一步优选为5%以上。另一方面,当B2O3的含量超过15%时,耐酸性容易恶化,因此B2O3的含量优选为12%以下,更优选为10%以下,进一步优选为8%以下。
P2O5是使玻璃稳定的同时降低脆性的成分。可以不含有P2O5,但是在含有P2O5的情况下P2O5的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为2%以上。另一方面,当P2O5的含量超过6%时,失透性降低,此外,耐酸性降低,因此P2O5的含量优选为6%以下,更优选为4%以下,进一步优选为3%以下。另外,为了防止熔融时产生波筋从而导致玻璃的品质降低,优选不含有P2O5
ZnO是提高玻璃的熔融性的成分,可以含有ZnO。在含有ZnO的情况下ZnO的含量优选为0.5%以上,更优选为2%以上。另一方面,当ZnO的含量超过15%时,玻璃的耐候性显著降低,因此ZnO的含量优选为15%以下。ZnO的含量更优选为10%以下,进一步优选为8%以下,特别优选为6%以下,最优选为5%以下。
TiO2是提高杨氏模量的成分,可以含有TiO2。在含有TiO2的情况下TiO2的含量优选为0.1%以上,更优选为0.5%以上,进一步优选为1%以上。另一方面,当TiO2的含量超过7%时,在熔融时容易失透,玻璃的品质有可能降低,因此TiO2的含量优选为7%以下。TiO2的含量优选为5%以下,更优选为3%以下,进一步优选为2%以下,特别优选为1.5%以下。
ZrO2是提高杨氏模量的成分,可以含有ZrO2。在含有ZrO2的情况下ZrO2的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上。另一方面,当ZrO2的含量超过8%时,在熔融时容易失透,玻璃的品质有可能降低,因此ZrO2的含量优选为8%以下。ZrO2的含量更优选为6%以下,进一步优选为4%以下,特别优选为2%以下,最优选为1.2%以下。
La2O3、Nb2O5是提高杨氏模量的成分,可以含有La2O3、Nb2O5。在含有这些成分的情况下各自的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为2%以上,特别优选为2.5%以上,最优选为3%以上。另一方面,当La2O3、Nb2O5的含量各自超过15%时,在熔融时玻璃容易失透,化学强化玻璃的品质有可能降低,因此La2O3、Nb2O5的含量各自优选为15%以下。La2O3、Nb2O5的含量各自更优选为12%以下,进一步优选为10%以下,特别优选为8%以下,最优选为5%以下。
为了提高杨氏模量而可以少量含有Ta2O5、Gd2O3,由于在熔融时容易失透,玻璃的品质有可能降低,因此在含有这些成分的情况下各自的含量优选为3%以下,更优选为1%以下,进一步优选不含有Ta2O5、Gd2O3
此外,在进一步调节可见光区域的色调而使用玻璃时,可以在不妨碍实现所期望的透射率特性的范围内添加着色成分。作为着色成分,例如可以列举:NiO、CuO、V2O5、Bi2O3、SeO2、TiO2、CeO2、Er2O3、Nd2O3等作为适当的成分。
这些着色成分的含量优选合计在7%以下的范围内。当超过7%时,玻璃容易失透,因此是不优选的。该含量优选为5%以下,更优选为3%以下,进一步优选为1%以下。在优先考虑玻璃的红外透射率的情况下,优选实质上不含有这些成分。
优选不含有As2O3。在含有As2O3的情况下,As2O3的含量优选为0.3%以下,更优选为0.1%以下,最优选不含有As2O3
可以适当含有SO3、氯化物、氟化物等作为玻璃熔融时的澄清剂。在此情况下,各成分在玻璃中的添加量各自以外比例计优选为0.01%~0.5%,更优选为0.07%~0.2%。
为了调节含有Cr的玻璃中的Cr6+的含量,根据玻璃熔融时的气氛任意地添加C。作为使Cr6+的含量为上述范围内的量,C的添加量以外比例计优选为0.01%~0.1%,更优选为0.02%~0.06%。
接着,对玻璃B进行说明。在玻璃B的说明中,%表示质量%。另外,在玻璃B的说明中,除了比例以外比例的含义说明的情况以外,比例为内比例。
SiO2是构成玻璃骨架的成分,SiO2是必不可少的。另外,SiO2是提高化学耐久性的成分,是减少在玻璃表面产生损伤(压痕)时的裂纹的产生的成分。
SiO2的含量为70%以上。为了有效地发挥上述特性,SiO2的含量优选为74%以上,更优选为77%以上。另一方面,当SiO2的含量超过86%时,熔融性有降低的倾向,因此SiO2的含量为86%以下,优选为84%以下,更优选为82%以下。
Al2O3是提高耐酸性、杨氏模量、硬度的成分,当含有Al2O3时是优选的成分。另外,Al2O3是提高玻璃的玻璃化转变温度(Tg)的成分,为了调节玻璃化转变温度,可以含有Al2O3
Al2O3的含量优选为0.1%以上。为了有效地发挥上述特性,Al2O3的含量优选为0.3%以上。另一方面,当Al2O3的含量超过10%时,玻璃的熔融性有降低的倾向,此外,失透温度有升高的倾向,因此Al2O3的含量为10%以下。因此,Al2O3的含量优选为7.5%以下,更优选为6%以下,进一步优选为4%以下,特别优选为2.5%以下。
B2O3是通过降低红外线透射玻璃的脆性而改善耐冲击性、进一步减小砾石试验时的划痕深度、另外提高熔融性的成分,B2O3是必不可少的。B2O3的含量为5%以上。为了有效地发挥上述特性,B2O3的含量优选为7%以上,更优选为10%以上。另一方面,当B2O3的含量超过20%时,化学耐久性有降低的倾向,因此B2O3的含量为20%以下,优选为18%以下,更优选为16%以下,进一步优选为14%以下。
RO(在此,R为选自Mg、Ca、Sr、Ba中的一种以上)是提高玻璃的熔融性的成分,也是提高杨氏模量的成分,为了调节膨胀系数也可以在10%以下的范围内含有。RO的含量优选为7.5%以下,最优选为5%以下。RO的含量是MgO、CaO、SrO、BaO的含量的合计量。
R2O(在此,R为选自Li、Na、K中的一种以上)是调节玻璃的粘性并改善熔融性的成分,R2O是必不可少的。R2O的含量为这些成分的总量(Li2O+Na2O+K2O)。R2O的含量为0.5%以上,优选为1.5%以上,更优选为2%以上,进一步优选为3%以上。另一方面,当R2O的含量超过7.5%时,玻璃的耐酸性有降低的倾向,膨胀系数有变大的倾向,因此R2O的含量为7.5%以下。R2O的含量优选为6%以下,更优选为5.5%以下,最优选为5%以下。
Li2O实现重量轻、具有绝缘性、具有足够强度的红外线透射玻璃,因此是在保持低密度的状态下增大杨氏模量的方面有用的成分,优选在5%以下的范围内含有。当Li2O的含量超过5%时,失透温度有可能变高。另外,能够在保持膨胀系数的状态下降低熔融粘性。为了进一步提高红外区域的透射率,优选含有Li2O。
Na2O是调节膨胀系数、提高玻璃的熔融性的成分,优选含有Na2O。Na2O的含量优选为1%以上,进一步优选为2%以上。另一方面,当Na2O的含量超过7.5%时,膨胀系数变得过大,耐酸性降低。Na2O的含量优选为7%以下,更优选为6%以下,进一步优选为5%以下。
K2O是调节膨胀系数、提高玻璃的熔融性的成分,可以含有K2O。在含有K2O的情况下K2O的含量优选为0.1%以上,更优选为0.5%以上,更进一步优选为2.5%以上。另一方面,当K2O的含量超过7.5%时,膨胀系数变大,失透特性降低,杨氏模量降低,因此K2O的含量优选为7.5%以下。K2O的含量更优选为6%以下,进一步优选为5%以下,特别优选为4%以下,最优选为3%以下。
Cr以氧化物的形式包含在所述玻璃中,通过以按Cr2O3换算计为10质量ppm以上且20000质量ppm以下的比例含有Cr,对玻璃赋予上述光学特性。Cr的含有比例按Cr2O3换算计,优选为100质量ppm~10000质量ppm,更优选为200质量ppm~8500质量ppm,进一步优选为300质量ppm~7000质量ppm,最优选为500质量ppm~5000质量ppm。
根据Rohs规定,玻璃中Cr6+的含量优选小于1000质量ppm。更优选小于800质量ppm,进一步优选小于600质量ppm,更进一步优选小于400质量ppm,最优选小于200质量ppm。
Fe以氧化物的形式包含在所述玻璃中,通过以按Fe2O3换算计为1质量ppm以上且500质量ppm以下的比例含有Fe,能够使玻璃在保持红外透射率的同时改善熔化性。Fe的含量以按Fe2O3换算计优选为5质量ppm~200质量ppm,更优选为15质量ppm~120质量ppm,进一步优选为25质量ppm~75质量ppm,最优选为30质量ppm~55质量ppm。
另外,作为该玻璃B的玻璃组成,除了上述成分以外,在不妨碍本实施方式的效果的范围内,可以含有各种任选成分。在此,作为任选成分,例如可以列举以下成分。
Co3O4是吸收可见光区域的光、使800nm~1100nm的近红外波长范围的光透射、改善澄清性的成分,可以以1500质量ppm以下的比例含有Co3O4。当超过1500质量ppm时,红外透射率降低。优选为10质量ppm以上且1300质量ppm以下,进一步优选为500质量ppm以上且1000质量ppm以下。
MnO2是吸收可见光区域的光、使近红外区域的光透射的成分,可以以2000质量ppm以下的比例含有MnO2。当超过2000质量ppm时,红外透射率降低。优选为1500质量ppm以下,更优选为1000质量ppm以下,进一步优选为800质量ppm以下。
P2O5是使玻璃稳定并降低脆性的成分。可以不含有P2O5,但是在含有P2O5的情况下P2O5的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为2%以上。另一方面,当P2O5的含量超过6%时,失透性降低,此外,耐酸性降低,因此P2O5的含量优选为6%以下,更优选为4%以下,进一步优选为3%以下。另外,为了防止熔融时产生波筋从而导致玻璃的品质降低,优选不含有P2O5
ZnO是提高玻璃的熔融性的成分,可以含有ZnO。在含有ZnO的情况下ZnO的含量优选为0.5%以上,更优选为2%以上。另一方面,当ZnO的含量超过15%时,玻璃的耐候性显著降低,因此ZnO的含量优选为15%以下。ZnO的含量更优选为10%以下,进一步优选为8%以下,特别优选为6%以下,最优选为5%以下。
TiO2是提高杨氏模量的成分,可以含有TiO2。在含有TiO2的情况下TiO2的含量优选为0.1%以上,更优选为0.5%以上,进一步优选为1%以上。另一方面,当TiO2的含量超过7%时,在熔融时容易失透,玻璃的品质有可能降低,因此TiO2的含量优选为7%以下。TiO2的含量优选为5%以下,更优选为3%以下,进一步优选为2%以下,特别优选为1.5%以下。
ZrO2是提高杨氏模量的成分,可以含有ZrO2。在含有ZrO2的情况下ZrO2的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上。另一方面,当ZrO2的含量超过8%时,在熔融时容易失透,玻璃的品质有可能降低,因此ZrO2的含量优选为8%以下。ZrO2的含量更优选为6%以下,进一步优选为4%以下,特别优选为2%以下,最优选为1.2%以下。
La2O3、Nb2O5是提高杨氏模量的成分,可以含有La2O3、Nb2O5。在含有这些成分的情况下各自的含量优选为0.5%以上,更优选为1%以上,进一步优选为2%以上,特别优选为2.5%以上,最优选为3%以上。另一方面,当La2O3、Nb2O5的含量各自超过15%时,在熔融时玻璃容易失透,化学强化玻璃的品质有可能降低,因此La2O3、Nb2O5的含量各自优选为15%以下。La2O3、Nb2O5的含量各自更优选为12%以下,进一步优选为10%以下,特别优选为8%以下,最优选为5%以下。
为了提高杨氏模量可以少量含有Ta2O5、Gd2O3,但在熔融时容易失透,玻璃的品质有可能降低,因此在含有这些成分的情况下各自的含量优选为3%以下,更优选为1%以下,进一步优选不含有Ta2O5、Gd2O3
此外,在进一步调节可见光区域的色调而使用玻璃时,可以在不妨碍实现所期望的透射率特性的范围内添加着色成分。作为着色成分,例如可以列举:NiO、CuO、V2O5、Bi2O3、SeO2、TiO2、CeO2、Er2O3、Nd2O3等作为适当的成分。
这些着色成分的含量优选合计在7%以下的范围内。当超过7%时,玻璃容易失透,因此是不优选的。该含量优选为5%以下,更优选为3%以下,进一步优选为1%以下。在优先考虑玻璃的红外透射率的情况下,优选实质上不含有这些成分。
优选不含有As2O3。在含有As2O3的情况下,As2O3的含量优选为0.3%以下,更优选为0.1%以下,最优选不含有As2O3
可以适当含有SO3、氯化物、氟化物等作为玻璃熔融时的澄清剂。在此情况下,各成分在玻璃中的添加量各自以外比例计优选为0.01%~1.5%,更优选为0.5%~1.2%。
为了调节含有Cr的玻璃中的Cr6+的含量,根据玻璃熔融时的气氛任意地添加C。作为使Cr6+的含量为上述范围内的量,C的添加量以外比例计优选为0.01%~0.1%,更优选为0.02%~0.06%。
作为CdS-CdSe类红外线透射玻璃的含有成分的镉(Cd)对人体具有毒性,此外,也有报告称镉具有致癌性。另外,也指出镉对人体的累积性,一旦接触到镉,就存在长期接触其毒性的危险性,上述玻璃不含Cd。
在本光学构件中使用的玻璃基板例如可以通过如下方式得到:适量调配各种原料以使得玻璃组成在所期望的范围内、优选成为含有上述Cr的玻璃的组成,进行加热熔融,然后通过脱泡、搅拌等而进行均质化,通过公知的浮法、下拉法、压制法或辊压法等成形为板状等、或者进行浇铸而成形为块状,进行缓慢冷却,然后加工成板状。
作为上述玻璃基板,例如优选使用通过浮法成形而得到的玻璃板。另外,玻璃基板优选通过风冷强化(物理强化)、化学强化进行强化处理。通过强化处理,在玻璃基板的表面形成压应力层,提高对损伤、冲击的强度。
从容易通过物理强化而形成压应力层的观点考虑,构成玻璃基板的玻璃的线性膨胀系数优选为30×10-7/℃以上,更优选为35×10-7/℃以上,进一步优选为60×10-7/℃以上。另外,从物理强化后的尺寸精度的观点考虑,玻璃的线性膨胀系数优选为100×10-6/℃以下,更优选为95×10-6/℃以下,进一步优选为90×10-6/℃以下。需要说明的是,本说明书中的线性膨胀系数为50℃~350℃的范围内的平均线性膨胀系数。
在通过物理强化而形成压应力层的情况下,在想要进一步将波像差例如减小至1.0λRMS的情况下、或者在想要确保由飞石引起的耐崩裂性的情况下,构成玻璃基板的玻璃的线性膨胀系数优选为20×10-7/℃以上,更优选为25×10-7/℃以上,进一步优选为30×10-7/℃以上。另外,从物理强化后的尺寸精度、波像差的观点考虑,玻璃的线性膨胀系数优选为50×10-6/℃以下,更优选为40×10-6/℃以下,进一步优选为31×10-6/℃以下。需要说明的是,本说明书中的线性膨胀系数为50℃~350℃的范围内的平均线性膨胀系数。
另外,从物理强化时的耐热性和操作性的观点考虑,构成玻璃基板的玻璃的Tg优选为470℃~630℃。Tg更优选为500℃~600℃,进一步优选为535℃~580℃。可以使用现有的物理强化炉在750℃以下的温度范围内进行物理强化。
进行强化处理后的玻璃基板例如优选表面压应力(CS)为10MPa以上。表面压应力更优选为30MPa以上,进一步优选为50MPa以上,特别优选为100MPa以上。在想要精度良好地控制物理强化后的尺寸精度的情况下,表面压应力优选为70MPa以下。
在想要在玻璃基板具有压应力层的部分进一步将波像差例如减小至0.5λRMS的情况下,表面压应力(CS)优选为90MPa以下。表面压应力更优选为65MPa以下,进一步优选为50MPa以下,特别优选为40MPa以下。
对于玻璃基板具有压应力层的部分,其深度优选为300μm以上。压应力层的深度更优选为350μm以上,进一步优选为400μm以上,最优选为500μm以上。当深度小于300μm时,无法确保足够的飞石强度。
需要说明的是,表面压应力(CS)和压应力层的深度(DOL)可以以如下方式测定。
从形成压应力层之前的玻璃基板制作整个面为镜面的圆板。使用所制作的圆板,通过圆板压缩法求出光弹性常数。接着,将进行强化处理后的玻璃基板进行切割,然后对切割面进行光学研磨,利用双折射测定装置测定延迟。然后,用所测定的延迟值除以上述光弹性常数和玻璃基板的厚度,由此求出产生的应力(表面的压应力(CS))。
另外,可以计算出从表面起到压应力为零时为止的距离,求出压应力层的深度(DOL)。但是典型而言为板厚的1/6。
玻璃基板优选在砾石试验条件A下不破损。通过不破损,能够保护内部的传感器部件等。
玻璃基板优选在砾石试验条件B下任意3点的平均损伤深度小。损伤深度优选为500μm以下,更优选为300μm以下,进一步优选为150μm以下,最优选为100μm以下。
在本光学构件中使用的玻璃基板的大小可以根据用途适当地调节。例如,将通过浮法等得到的玻璃板切割成规定的尺寸而使用。处于防止端部、其附近的破裂等目的,连接玻璃基板的第一主面和第二主面的端面优选进行倒角加工。
作为玻璃基板,从对热的形状稳定性、特别是满足(3)的要件的观点考虑,优选使用单板的玻璃板。但是,只要本光学构件满足(1)~(3)的要件,则玻璃基板可以根据需要为夹层玻璃。
[光干渉膜]
光干涉膜形成在玻璃基板的主面上,发挥使所得到的光学构件满足(1)~(3)的要件的功能。例如,在图1A所示的光学构件10A中,在玻璃基板1的第一主面1a上形成的光干涉膜2具有上述功能,在图1B所示的光学构件10B中,在玻璃基板1的第一主面1a上形成的光干涉膜2和在第二主面1b上形成的光干涉膜3的功能的组合中具有上述功能。在光学构件仅在第二主面上具有光干涉膜的情况下也是同样。
对于光干涉膜,例如在所得到的光学构件中,在0度~5度的入射角的范围内,与单独使用玻璃基板的情况相比,使T最大400-700降低,并且在波长λs下,与单独使用玻璃基板的情况相比,使反射率降低,由此发挥使所得到的光学构件满足(1)和(2)的要件的功能。光干涉膜通过由耐热性的材料构成,能够满足(3)的要件。光干渉膜优选还发挥使所得到的光学构件满足(4)和(5)的要件中的一者以上的功能。
如果光干涉膜发挥使光学构件满足(1)~(3)的要件、优选还发挥使光学构件满足(4)和(5)的要件中的一者以上的功能,则除此以外,还可以为兼具赋予例如可见光阻隔性、紫外线阻隔性、防污性、防尘性等、提高耐久性等其它功能的膜。
在将光干涉膜设置在玻璃基板的两主面上的情况下,在单独使用各个光干涉膜的情况下,光学构件也可以不满足(1)~(3)的要件。优选在单独使用的情况下,在玻璃基板的两主面上设置如下光干涉膜:所述光干涉膜使光学构件满足(1)~(3)的要件、优选使光学构件满足(4)和(5)的要件中的一者以上。在此情况下,与单独使用各个光干涉膜的情况相比,T最大400-700有降低的倾向,T最小(2)有提高的倾向。根据光学构件所要求的光学特性适当地选择光干涉膜的结构。
光干涉膜可以是仅由一层构成的单层膜,也可以是两层以上层叠而成的多层膜,优选为多层膜。在光干涉膜为多层膜的情况下,优选由包含低折射率层和高折射率层的两层以上构成的多层膜。从制造成本和薄层化的观点考虑,多层膜的合计层数优选为32层以下,特别优选为20层以下。
在多层膜包含低折射率层和高折射率层的情况下,低折射率层和高折射率层优选彼此邻接地层叠。低折射率层由折射率低的材料(低折射率材料)构成,高折射率层由折射率高的材料(高折射率材料)构成。低折射率层与高折射率层的折射率差、即低折射率材料与高折射率材料的折射率差只要大于0即可,优选为0.1以上。需要说明的是,本说明书中记载的构成光干涉膜的光学薄膜的折射率全部表示规定的波长λs下的各个材料的折射率。
具有低折射率层和高折射率层的多层膜还可以是具有中间折射率层的构成。中间折射率层由折射率比低折射率材料的折射率高、并且比高折射率材料的折射率低的中间折射率材料构成。在多层膜具有低折射率层、高折射率层和中间折射率层的情况下,优选低折射率层与高折射率层彼此邻接地层叠,中间折射率层以与和低折射率层接触的高折射率层的主面的相反侧的主面接触的方式层叠,或者以与和高折射率层接触的低折射率层的主面相反侧的主面接触的方式层叠。
构成低折射率层的低折射率材料的折射率优选大于等于1.35且小于1.55。作为低折射率材料,例如可以列举以氧化硅、氟化镁等低折射率物质为主要成分的材料。需要说明的是,各折射率层中的主要成分表示含有90%以上的该物质。低折射率材料只要折射率低、优选将折射率调节至上述范围内,则可以是以低折射率物质中的至少一种为主要成分、还含有中间折射率物质、高折射率物质的构成。低折射率材料优选仅由低折射率物质构成,更优选仅由一种低折射率物质构成。从成膜性的再现性、稳定性、经济性等观点考虑,优选使用氧化硅作为低折射率物质。
构成高折射率层的高折射率材料的折射率优选为1.90以上且5.00以下。作为高折射率材料,例如可以列举以氢化硅、硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氮氧化铝、氧化锆、氧化锡、氧化铈、硅、氧化铜、锗、氧化钛、氧化铌、氧化钽等高折射率物质为主要成分的材料。
需要说明的是,可以在这些高折射率物质中掺杂除构成氮化物、氧化物或氮氧化物的金属以外的金属。作为包含所掺杂的金属的高折射率物质,例如可以列举:掺杂锆的氧化钛、掺杂锆的氧化硅、掺杂铝的氧化锆、掺杂锆的氧化铌、掺杂铪的氧化锆、掺杂铝的氧化锌、掺杂铝的氮化硅、掺杂铝的氮氧化硅等。高折射率材料只要折射率高、优选将折射率调节至上述范围内,则可以是以高折射率物质中的至少一种为主要成分、并且还含有低折射率物质、中间折射率物质的构成。高折射率材料优选仅由高折射率物质构成,更优选仅由一种高折射率物质构成。
其中,从在制成多层膜时能够得到所期望的光学特性的观点考虑,优选氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氮氧化铝、氧化锆、氧化锡、氧化铈、硅、氧化铜、氢化硅、氧化铌、氧化钽、掺杂锆的氧化钛、掺杂锆的氧化硅。此外,从在制成多层膜时能够得到所期望的硬度的观点考虑,优选氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氮氧化铝、氧化锆、氧化锡、氧化铈、硅、氢化硅、氧化铌、氧化钽、掺杂锆的氧化钛、掺杂锆的氧化硅,更优选氮化硅、氧化锆、氮化铝、氧化锡、硅、氢化硅、氧化铌、氧化钽、掺杂锆的氧化钛、掺杂锆的氧化硅,从对热的形状稳定性的观点考虑,特别优选氮化硅、氧化铌、氢化硅、硅、掺杂锆的氧化钛。
构成中间折射率层的中间折射率材料的折射率优选大于等于1.55且小于1.90。作为中间折射率材料,例如可以列举以氧化铝、氮氧化硅、氮氧化铝、氧化硅与氧化锆的混合物、氧化硅与氮化铝的混合物等中间折射率物质为主要成分的材料。中间折射率材料的折射率在高折射率材料的折射率与低折射率材料的折射率之间,优选只要将折射率调节至上述范围内,则可以是以中间折射率物质中的至少一种为主要成分、还含有低折射率物质、高折射率物质的构成。作为优选的中间折射率材料,可以列举氧化硅与氮化铝的混合物。中间折射率材料优选仅由中间折射率物质构成,更优选仅由一种中间折射率物质构成。
作为中间折射率物质,从在制成多层膜时能够得到所期望的光学特性和硬度的观点考虑,优选氧化铝、氮氧化硅、氮氧化铝,特别优选氧化铝。
需要说明的是,在以上说明的各折射率层中使用的金属化合物中,例如氮化硅不一定必须包含化学计量组成比的氮化硅(Si:N=3:4),例如也可以包含组成比偏离化学计量组成比的非化学计量组成比的氮化硅。在本说明书中,只要没有特别说明,则以氮化+金属名、氧化+金属名、氮氧化+金属名表示的金属的氮化物、氧化物或氮氧化物表示化学计量组成比或非化学计量组成比的氮化物、氧化物或氮氧化物。根据需要,例如如果是氮化硅,有时也记载为SiNx
作为优选的高折射率层、中间折射率层、低折射率层的组合,可以列举:掺杂锆的氧化钛(以下由TiZrOx表示)层和SiO2层、SiNx层和Al2O3层和SiO2层、掺杂锆的氧化硅(以下由SiZrOx表示)层和SiO2层、Si层和SiO2层、Ta2O5层和SiO2层、TiO2层和SiO2层、Nb2O5层和SiO2层、ZrO2层和SiO2层、SnO2层和SiO2层,特别优选TiZrOx层和SiO2层、SiNx层和Al2O3层和SiO2层、SiZrOx层和SiO2层、Si层和SiZrOx层和SiO2层、Si层和SnO2层和SiO2层、Si层和TiZrOx层和SiO2层、Si层和SiNx层和SiO2层、Si层和Ta2O5层和SiO2层的组合。
根据所使用的材料、所要求的光学特性而适当地设定在光干涉膜为多层膜的情况下的各层的几何厚度。在光干涉膜中,由于主要目标的波长范围为红外区域,因此优选构成光干涉膜的层中的至少一层的几何厚度为50nm以上。构成光干涉膜的各层的几何厚度(每一层的膜厚)可以分别设定为1nm~500nm。各层的几何厚度更优选为1nm~400nm,进一步优选为1nm~250nm。
在光干涉膜中,通过使每一层的膜厚的上限为500nm,能够抑制由光散射引起的透射率减少。需要说明的是,使光干涉膜的每一层的膜厚为1nm以上是为了使光干涉膜实际上以连续膜的形式存在,并充分发挥其功能。
另外,由于主要目标的波长范围为红外区域,因此光干涉膜的几何总膜厚优选为300nm以上,更优选为400nm以上,进一步优选为500nm以上。另一方面,从防止由光散射引起的透射率降低和防止玻璃基板的翘曲的观点考虑,光干涉膜的几何总膜厚优选为2000nm以下,更优选为1500nm以下,进一步优选为1200nm以下。
需要说明的是,在将光干涉膜设置在玻璃基板的两主面上的情况下,对于各个光干涉膜可以采用与上述相同的结构。但是,光干涉膜的几何总膜厚的上限以两个光干涉膜的合计计优选为4000nm。通过将光干涉膜设置在玻璃基板的两主面上,具有抑制因光干涉膜的内部应力而在玻璃基板上产生翘曲的效果。
光干涉膜中的层数、层的构成材料、层叠顺序、层的厚度等层叠结构可以根据所要求的光学特性而适当地改变。例如,在光干涉膜由中间折射率层、高折射率层和低折射率层的层叠体构成的情况下,根据构成各层的材料、所要求的光学特性而适当地设定各层的几何厚度。
作为将光干涉膜设置在玻璃基板的两个主面上的情况的例子,例如以图1B所示的光学构件10B为例进行说明。在光学构件10B中,玻璃基板1的第一主面1a朝向传感器侧,第二主面1B朝向外部侧。设置在玻璃基板1的第一主面1a上的第一光干涉膜2优选为高折射率层和低折射率层从第一主面1a侧起交替地层叠而得到的结构。另外,设置在玻璃基板1的第二主面1b上的第二光干涉膜3优选为高折射率层和低折射率层从第二主面1b侧起交替地层叠而得到的结构。
第一光干涉膜2例如优选为将作为高折射率层的TiZrOx层或Ta2O5和作为低折射率层的SiO2层交替地层叠而得到的多层膜。另外,也优选作为高折射率层的TiZrOx层或Ta2O5层的一部分是氢化硅(以下用SHx表示)层或置换为硅Si而得到的结构。作为该情况下的第二光干涉膜3,从多层膜的耐热性的观点考虑,优选例如将作为高折射率层的TiZrOx层、SiNx层或Ta2O5层和作为低折射率层的SiO2层交替地层叠而得到的多层膜。
在上述中,第一光干涉膜2的层数优选为6~20,更优选为6~16。另外,各层的膜厚优选为1nm~300nm,更优选为1nm~250nm。第一光干涉膜2的总膜厚优选为400nm~1000nm,更优选为400nm~600nm。另外,第二光干涉膜3的层数优选为6~16,更优选为6~12。另外,各层的膜厚优选为1nm~400nm,更优选为1nm~300nm。第二光干涉膜3的总膜厚优选为300nm~1200nm,更优选为300nm~700nm。
本光学构件优选根据所使用的环境、部位来调节可见光区域的反射率,以使得其外观与周围协调,也可以根据Rv1平均来以如下方式设计第一光干涉膜2和第二光干涉膜3。
例如,为了使光学构件的Rv1平均小于6%,优选以如下方式设计第一光干渉膜和玻璃基板:以使得第一光干涉膜2和第二光干涉膜3中的任一个光干涉膜或这两个光干涉膜中具有一层以上对波长为400nm~700nm的光具有吸收的层的状态的玻璃物品的从与传感器相反侧的主面以5度的入射角入射的、在ISO9050:2003中规定的可见光的反射率的最大值小于12%。
另外,为了使本光学构件的Rv1平均大于等于6%且小于35%,优选以如下方式设计第一光干涉膜和玻璃基板:以使得在形成了第一光干涉膜2和第二光干涉膜3的状态的玻璃物品的从与传感器相反侧的主面以5度的入射角入射的、在ISO9050:2003中规定的可见光的反射率的最大值小于Rv1平均+5%。
此外,为了使本光学构件的Rv1平均为35%以上,对于第二光干涉膜3,优选使用高折射率层为3层~10层、低折射率层为3层~10层、层数为6~20、各层的膜厚为10nm~200nm、总膜厚为300nm~1000nm的多层膜。
光干涉膜可以利用公知的成膜方法形成在玻璃基板上。具体而言,使用加热蒸镀法、溅射法、离子辅助蒸镀(IAD:Ion Assisted Deposition)法等成膜法来形成。特别是在形成耐刮擦性高的膜作为光干涉膜的情况下,为了得到致密的膜,优选使用溅射法、离子辅助蒸镀法。
以上,参照图1B对包含玻璃基板1、第一光干涉膜2和第二光干涉膜3的光学构件10B进行了说明。在光学构件10B中,在不损害本发明的效果的范围内,可以改变玻璃基板1、第一光干涉膜2和第二光干涉膜3的设计。另外,在不损害本发明的效果的范围内,光学构件10B也可以具有除玻璃基板1、第一光干涉膜2和第二光干涉膜3以外的任意的构成要素。作为任意的构成要素,可以列举赋予拒水功能、亲水功能、防雾功能、防污功能等的涂层、低放射性涂层、红外线遮光涂层、导电性涂层等。例如,赋予拒水功能、防污功能等的涂层优选作为光学构件的外表面的最外层,以5nm~20nm的厚度设置在光学构件10B中的第二光干涉膜3的主面3b上。
本光学构件通过满足(3)的要件,抑制了该红外光的透射性因热而发生失真的情况。另外,本光学构件在要求更高的温度下的耐热性的情况下,在大气下且在温度600℃下将光学构件加热24小时前后,在上述波长λs下的以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光的最大透射率之差(以下也称为“ΔT600℃λs”)优选为3%以下。从进一步抑制红外光透射性的由热造成的影响的观点考虑,ΔT600℃λs优选为1.0%以下,更优选为0.5%以下。
从耐光性、特别是耐紫外线性(以下称为“耐UV性”)的观点考虑,在40℃下以300w/m2对光学构件照射氙灯24小时前后,在上述波长λs下的以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光的最大透射率之差(以下也称为“ΔTuvλs”)优选为2%以下。从进一步抑制红外光透射性的由紫外线造成的影响的观点考虑,ΔTuvλs优选为1%以下,更优选为0.5%以下。
从耐化学品性、特别是耐酸性的观点考虑,在将光学构件放入1摩尔、20℃的HCl溶液中并放置6小时前后,本光学构件在上述波长λs下的以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光的最大透射率之差(以下也称为“ΔTHClλs”)优选为2%以下。从进一步抑制红外光透射性的由酸雨造成的影响的观点考虑,ΔTHClλs优选为1%以下,更优选为0.5%以下。
在本光学构件中,优选在光干涉膜的表面测定的压入深度为50nm下的马氏硬度大于对玻璃基板的表面测定的压入深度为50nm下的马氏硬度。本说明书中的马氏硬度是利用显微硬度测试仪、使用维氏压头并将最大载荷到达时间设定为10秒、将蠕变时间设定为5秒、将压入载荷设定为0.05mN~500mN、将加载速度设定为1mmN/10s、将卸载速度设定为1mmN/10s而进行加载-卸载试验时的、压入深度为50nm下的马氏硬度。以下,将在上述测定条件下测定的压入深度为50nm的马氏硬度简称为“马氏硬度”。
在本光学构件中,在玻璃基板的表面测定的马氏硬度优选为4N/mm2以上,更优选为4.5N/mm2以上,进一步优选为5N/mm2以上。在满足大于在玻璃基板的表面测定的马氏硬度的条件的基础上,在光干涉膜的表面测定的马氏硬度优选为4N/mm2以上,更优选为4.5N/mm2以上,进一步优选为5N/mm2以上。该马氏硬度可以通过在构成光干涉膜的材料的一部分中使用从上述硬度的观点考虑优选的材料来实现。作为优选的材料,可以列举包含SiNx、AlNx、Al2O3、ZrO2的材料。
在本光学构件中,在波长λs下的入射角为60度的光的透射率为70%以上时,能够保持更高角度(宽范围)的传感器精度,因此是优选的。更优选为75%以上,进一步优选为80%以上,更进一步优选为85%以上,最优选为87%以上。
在本光学构件中,从至少一面以5度的入射角入射的、在ISO9050:2003中规定的可见光的平均反射率为75%以上,这在具有镜面效果、不会进入不必要的光、不会成为高温、美观的观点考虑是优选的。该平均反射率更优选为80%以上,进一步优选为85%以上。
例如,在作为在车辆中使用的传感器盖而施加在车辆的外侧的情况下,从防止由水的红外线吸收引起的透射率降低的观点和从防止污染的观点考虑,本光学构件的在光干涉膜的表面测定的水接触角优选为90度以上,更优选为100度以上。为了提高光干涉膜的水接触角,可以通过以1nm至15nm的厚度将含氟类防污剂、类金刚石碳涂敷在光干涉膜的最外表面上来实现。
作为将本光学构件以盖的形式安装在LiDAR传感器等传感器上的方法,例如可以列举经由透射红外光的胶粘剂直接粘贴的方法、安装在LiDAR传感器等传感器的壳体上的方法等。
LiDAR传感器搭载在运输工具、例如电车、汽车、船舶、飞机上来使用。本光学构件特别适合作为搭载在汽车上的LiDAR传感器的盖。在将LiDAR传感器搭载在汽车上时,例如有时安装在保险杠、后视镜、立柱、内后视镜的背面部分等。本光学构件在能够根据适用部位调节强度、设计性,从这一点考虑是有利的。
实施例
接着,通过实施例对本发明更具体地进行说明。但是,本发明不受以下记载的限制。制作并评价与图1B所示的结构相同的结构、但第一光干涉膜2和第二光干涉膜3的结构根据各例而适当改变的光学构件。例1~11、14为实施例,例12、13为比较例。
[玻璃基板的制作]
准备在表1~3中示出组成和特性的G1~G24的玻璃基板作为玻璃基板。玻璃基板G1~G15、G17~G24利用以下的方法制作。玻璃基板G16是肖特公司制造的RG780(商品名)。
以氧化物基准的质量百分率计,按照表1~3中记载的组成调配原料,放入铂制坩埚中,放入1550℃的电阻加热式电炉中,熔融2小时,并进行脱泡、均质化。需要说明的是,对于表1~表3所示的组成,由于将有效数字四舍五入来记载,因此玻璃组成中的各成分的含量的合计有时达不到100%。
将所得到的玻璃倒入到模具材料中,在Tg+50℃的温度下保持1小时,然后以1℃/分钟的速度冷却至室温,从而得到玻璃块。接着,将玻璃块进行切割、研磨,对双面进行镜面加工,由此得到具有表1~3所示的厚度(单位:mm)的各例的玻璃基板。
玻璃基板G1~G18、G20~G24是单板,玻璃基板G19为夹层玻璃,所述夹层玻璃利用中间膜(聚乙烯醇缩丁醛制造,厚度为0.75mm)将2张(其中,其中1张在与制成夹层玻璃时的中间膜接触的主面上具有红外透射黑色油墨层)玻璃板胶粘而得到,所述玻璃板包含与玻璃基板G18相同组成的玻璃并且厚度为2.1mm。
(物理)
(1)密度
对于构成所得到的玻璃基板的玻璃,使用自动比重测定装置(ASG-320K)KantoMajor株式会社,按照JIS Z8807进行测定。需要说明的是,在表2和表3中,()的数值是根据利用自动比重测定装置测定的密度的实测值和利用自动比重测定装置测定密度的各玻璃与计算密度的玻璃的玻璃组成差,并利用线性回归法求出的计算值。
(2)Tg
对于构成所得到的玻璃基板的玻璃,使用热机械分析装置(TMA)(NETZSCH公司制造,TD5000SA)进行测定。需要说明的是,在表2和表3中,()的数值是根据利用热机械分析装置测定的Tg的实测值和利用热机械分析装置测定Tg的各玻璃与计算Tg的玻璃的玻璃组成差,并利用线性回归法求出的计算值。
(3)线性膨胀系数
对于构成所得到的玻璃基板的玻璃,使用热机械分析装置(TMA)(NETZSCH公司制造,TD5000SA),在升温速度5℃/分钟的条件下测定50℃~350℃范围内的热膨胀曲线,测定线性热膨胀系数(单位:10-7/℃)。需要说明的是,在表2和表3中,()的数值是根据利用热机械分析装置测定的线性膨胀系数的实测值和利用热机械分析装置测定了线性膨胀系数的各玻璃与计算线性膨胀系数的玻璃的玻璃组成差,并利用线性回归法求出的计算值。另外,在表2中,“*1”的数值是200℃~300℃范围内的线性膨胀系数的实测值。
(4)光学特性
使用分光光度计(V-780自动绝对反射率测定系统,日本分光株式会社制造),对以下项目测定光学特性。
(Tv、T最大400-700)
将入射角为0度时的波长为400nm~700nm的平均透射率设为Tv。对于以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光,将波长为400nm~700nm的透射率的最大值设为T最大400-700
(波长范围的宽度(3%以上)、(25%以上)、(30%以上))
对于在400nm~700nm的波长范围内、以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光,分别求出光的透射率为3%以上、25%以上和30%以上的波长范围的宽度。
(T365、T800、T905、T1050、T1550)
分别利用T365、T800、T905、T1050、T1550表示入射角为0°时的波长为365nm、800nm、905nm、1050nm、1550nm的透射率。
(透射L*、透射a*、透射b*)
对于照射在ISO9050:2003中规定的可见光而得到的透射光,利用透射L*、透射a*、透射b*表示CIE1976L*a*b*色度坐标。
(T800-60度、T905-60度、T1050-60度、T1550-60度)
分别利用T800-60度、T905-60度、T1050-60度、T1550-60度表示入射角为60°时的波长为800nm、905nm、1050nm、1550nm的透射率。
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表3
另外,对于玻璃基板G9、G17、G20、G22,以如下的方式测定在不同的冷却条件下强化后的表面的压应力(产生应力)。另外,利用与后述的光学构件同样的方法测定波像差。将结果示于表4中。
(表面的压应力)
首先,由形成压应力层前的玻璃基板制作整个面为镜面的圆板。使用所制作的圆板,通过圆板压缩法求出光弹性常数。接着,准备整个面为镜面的50mm×50mm×4mm尺寸的玻璃,使用SUS制的夹具将玻璃以140秒升温至所期望的温度(物理强化温度),然后保持70秒。然后,以所期望的风压喷吹压缩空气而进行急冷。切割所制作的急冷玻璃,然后对切割面进行光学研磨,利用双折射测定装置测定延迟。然后,通过将所测定的延迟值除以光弹性常数和玻璃厚度,求出产生应力(表面的压应力(单位:MPa))。
耐飞石性通过进行砾石试验来评价。首先,从玻璃基板制作整个面为镜面的玻璃基板50mm×50mm×4mm。将该基板粘贴在具有45×45的孔的SUS夹具上,以仅玻璃基板的周边端部与夹具接触的方式进行粘贴。进一步用双面胶带进行保护,以使得玻璃端部不露出。以飞石相对于该玻璃基板以45°的角度碰撞的方式设置,在下述条件下实施砾石试验。需要说明的是,砾石试验使用须贺试验机株式会社制造的飞石试验机JA400来实施。
条件A:射出压力0.5MPa投射材料玄武岩6号投射量500ml
条件B:射出压力0.2MPa投射材料玄武岩7号投射量50g
由此,将玻璃破损的情况记为×,将玻璃未破损的情况记为○。
在通过上述砾石试验未破损的情况下,利用激光显微镜测定玻璃表面上的任意3点的损伤深度,将最深的部分作为损伤深度,计算出平均值,作为损伤深度。
[例1~14]
使用上述得到的玻璃基板G1、G2、G4、G5、G9、G10、G15、G16、G20,利用以下的方法形成各层,制作在表5、6中示出的层叠结构的光学构件。在表5、6中,表的最上段的层是位于传感器侧的层,最下段的层是从外部观察时作为最外层的层。在基板的上侧表示层叠结构的层叠体为第一光干涉膜2,在基材的下侧表示层叠结构的层叠体为第二光干涉膜3。在表中,与各层的膜厚一起的第一光干涉膜2的合计膜厚记为“合计膜厚1”,与各层的膜厚一起的第二光干涉膜3的合计膜厚记为“合计膜厚2”,将它们的合计记为“总膜厚(1+2)”。
<成膜方法>
使用溅射装置(RAS100BII,Shincron公司制造),在玻璃基板的主面上以表5、6所示的顺序和厚度层叠各层。使用TiZrOx层、Ta2O5层、SiNx层、SHx层作为高折射率层。使用Al2O3层作为中间折射率层,使用SiO2层作为低折射率层。需要说明的是,在表中,将各层的构成材料分别记为TiZrOx、Ta2O5、SiNx、SHx、Al2O3、SiO2
TiZrOx层的成膜以如下方式进行:使用以原子比计为Ti/(Ti+Zr)=0.8的TiZrOx-a(a为正数)的具有导电性的低级氧化物靶作为靶,导入作为成膜室的放电气体的350sccm的氩气,对靶施加5kW的电力,导入作为反应室的放电气体的90sccm的氧气,对自由基源施加4kW的电力。
在Ta2O5层的成膜中使用纯Ta靶,导入作为成膜室的放电气体的250sccm的氩气,对靶施加5kW的电力,导入作为反应室的放电气体的90sccm的氧气,对自由基源施加3kW的电力并进行成膜。
在SiNx层的成膜中使用掺杂B的多晶Si靶,导入作为成膜室的放电气体室的放电气体的90sccm氮气,对自由基源施加1kW的电力并进行成膜。
在SiHx层的成膜中使用掺杂B的多晶Si靶,在将基板的温度升温至200℃并保持温度的状态下,导入作为成膜室的放电气体的添加了以原子比计为7%的350sccm的氢气的氩气的混合气体,对靶施加5kW的电力,导入作为反应室的放电气体的添加了以原子比计为7%的150sccm的氢气的氩气的混合气体,对自由基源施加4kW的电力并进行成膜。
在SiO2层的成膜中使用掺杂B的多晶Si靶,导入作为成膜室的放电气体的250sccm的氩气,对靶施加7kW的电力,导入作为反应室的放电气体的90sccm的氧气,对自由基源施加3kW的电力并进行成膜。
在Al2O3层的成膜中使用纯Al靶,导入作为成膜室的放电气体的250sccm的氩气,对靶施加7kW的电力,导入作为反应室的放电气体的80sccm的氧气,对自由基源施加1.5kW的电力并进行成膜。
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<评价>
以如下方式评价所得到的例1~例14的光学构件的特性。将结果示于表7、8中。另外,在图2中示出例6的光学构件的入射角为0度时的光谱透射率曲线(实线)和玻璃基板G4的入射角为0度时的光谱透射率曲线(虚线)。
[分光光度测定]
使用分光光度计(V-780自动绝对反射率测定系统,日本分光公司制造),在绝对透射、绝对反射测定中使用角度可变单元测定反射率和透射率。在入射角度超过5度的情况下,利用S偏振光、P偏振光的光源分别进行透射率、反射率的测定,将以S偏振光和P偏振光为光源的测定值的平均值作为透射率、反射率。关于透射率,对光学构件的第一光干涉膜2照射测定光来进行测定。关于反射率,将对光学构件的第一光干涉膜2照射测定光而进行测定的情况设为R2,将对光学构件的第二光干涉膜3照射测定光而进行测定的情况设为R1。
(Tv、T最大400-700)
将以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的波长为400nm~700nm的光的平均透射率设为Tv。将以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的波长为400nm~700nm的光的透射率的最大值设为T最大400-700
(T最小(2);T最小(2)800、T最小(2)905、T最小(2)1050、T最小(2)1550)
分别利用T最小(2)800、T最小(2)905、T最小(2)1050、T最小(2)1550表示λs为800nm、905nm、1050nm、1550nm时的以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光的透射率的最小值。
(ΔE)
测定从光学构件的第二光干涉膜3侧的主面入射的、在ISO9050:2003中规定的可见光的入射角从5度变化为60度时的反射色中,CIE1976L*a*b*色度坐标中的色度空间的色度差ΔE。
(Rv1平均、Rv2平均)
测定对测定面以5度的入射角的、在ISO9050:2003中规定的可见光的平均反射率。将对第一光干涉膜2照射并测定的情况设为Rv2平均,将对光学构件的第二光干涉膜3照射并测定的情况设为Rv1平均
[波像差]
根据利用激光干涉式的平坦度仪(Zygo公司制造,Verifire Mark IV)测定的表面形状的结果中扣除倾斜分量而得到的残留物为表面形状,将表面形状的最大值与最小值之差作为波像差。测定波长使用633nm,测定部位为φ30mm。
[ΔT200℃λs]
耐热性的测定首先测定光学构件的在入射角为0度以上且5度以下的范围内的400nm~1800nm的波长范围内的透射率,然后利用间歇炉用1小时升温至200℃,在200℃下保持24小时,在保持原样的状态下用1小时降温至室温,取出光学构件。再次测定光学构件的在入射角为0度以上且5度以下的范围内的400nm~1800nm的波长范围内的透射率,计算出波长λs(在本评价中为905nm)下的光的在入射角为0度以上且5度以下的范围内的最大透射率的变化ΔT200℃λs
[ΔT600℃λs]
耐热性的测定首先测定以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的400nm~1800nm的波长范围的光的透射率,然后利用间歇炉将样品用30分钟升温至600℃,在600℃下保持10分钟,在保持原样的状态下用30分钟降温至室温,取出样品。再次测定以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的400nm~1800nm的波长范围内的透射率,计算出波长λs(在本评价中为905nm)下的光的在入射角为0度以上且5度以下的范围内的最大透射率的变化ΔT600℃λs
[耐UV性;ΔTuvλs]
得到利用300w/m2的氙灯在40℃下对光学构件照射24小时前后的上述波长λs(本评价中为905nm)下的在入射角为0度以上且5度以下的范围内的光的最大透射率之差ΔTuvλs。将ΔTuvλs为2%以下的情况记为○,将超过2%的情况记为×。
[耐酸性;ΔTHClλs]
为了确认耐化学品性,在1摩尔、20℃的HCl溶液中放入光学构件,放置6小时(耐酸性试验)。在光学构件的试验前和试验后测定400nm~1800nm的波长范围内的透射率,计算出波长λs(本评价中为905nm)下的在入射角为0度以上且5度以下的范围内的光的透射率变化ΔTHClλs。将ΔTHClλs为2%以下的情况记为○,将超过2%的情况记为×。
表7
表8
此外,对于例8和例11的光学构件,分别测定入射角为60°时的波长为800nm、905nm、1050nm、1550nm的透射率、T800-60度、T905-60度、T1050-60度、T1550-60度。将结果与玻璃基板G1、G2、G4、G9的透射率一并示于表9中。
表9
产业实用性
根据本发明能够得到如下光学构件,所述光学构件作为传感器盖使用,通过降低可见光的透射率来隐藏传感器,抑制由热引起的传感器的误动作,并且使在LiDAR传感器中使用的红外光在不畸变的情况下充分地透射。本发明的光学构件由于具有上述特征,因此适合作为搭载在车辆、特别是汽车上的LiDAR传感器的盖。
本申请要求基于在2019年4月3日向日本专利局提出的日本特愿2019-071501号的优先权,以引用的形式将日本特愿2019-071501号的全部内容并入本文中。
标号说明
10A、10B…光学构件,1…玻璃基板,2、3…光干渉膜。

Claims (24)

1.一种光学构件,其为具有非晶玻璃基板和配置在所述玻璃基板的至少一个主面上的光干渉膜的传感器盖用光学构件,其中,所述光学构件具有满足如下条件的区域:
对于以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光,在400nm以上且700nm以下的波长范围内的最大透射率为10%以下,且在800nm以上且1800nm以下的波长范围内的规定波长λs下的光的透射率的最小值为86.5%以上,并且
在大气下且在温度200℃下将所述光学构件加热24小时前后,在所述规定波长λs下的以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光的最大透射率之差为3%以下,并且
所述玻璃基板对于以0度以上且5度以下的范围内的入射角入射的光,在400nm以上且700nm以下的波长范围内的光的透射率的最大值为60%以下。
2.如权利要求1所述的光学构件,其中,所述玻璃基板满足如下条件:
在400nm以上且700nm以下的波长范围内,对于在入射角为0度以上且5度以下的范围内入射的光,光的透射率的最大值为60%以下,光的透射率为25%以上的波长范围的宽度为250nm以下,并且所述规定波长λs下的光的透射率为78.5%以上。
3.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,所述规定波长λs选自800nm、905nm、950nm、1050nm和1550nm,并且所述玻璃基板在选自800nm、905nm、950nm、1050nm和1550nm中的两个波长以上的所述规定波长λs下的光的透射率为78.5%以上。
4.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,构成所述玻璃基板的玻璃以按Cr2O3换算计为10质量ppm以上且20000质量ppm以下的比例含有Cr。
5.如权利要求4所述的光学构件,其中,构成所述玻璃基板的玻璃以按Fe2O3换算计为1质量ppm以上且500质量ppm以下的比例含有Fe。
6.如权利要求4所述的光学构件,其中,构成所述玻璃基板的玻璃中的Cr6+的含量小于1000质量ppm。
7.如权利要求4所述的光学构件,其中,构成所述玻璃基板的玻璃以0.1质量%以上且5.0质量%以下的比例含有Li2O。
8.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,构成所述玻璃基板的玻璃的50℃~350℃范围内的线性膨胀系数为30×10-7/℃以上且100×10-7/℃以下。
9.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,所述玻璃基板的表面压应力为10MPa以上。
10.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,所述玻璃基板的板厚为2mm以上且5mm以下。
11.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,从所述光学构件的与所述传感器相反侧的主面以5度的入射角入射的、在ISO9050:2003中规定的可见光的平均反射率小于6%。
12.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,从所述光学构件的与所述传感器相反侧的主面以5度的入射角入射的、在ISO9050:2003中规定的可见光的平均反射率大于等于6%且小于35%。
13.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,从所述光学构件的与所述传感器相反侧的主面以5度的入射角入射的、在ISO9050:2003中规定的可见光的平均反射率为35%以上。
14.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,在从所述光学构件的与所述传感器相反侧的主面入射的、在ISO9050:2003中规定的可见光的入射角从5度变化为60度时的反射色中,CIE1976L*a*b*色度坐标中的色度空间的色度差ΔE为8以下。
15.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,所述光干渉膜包含含有低折射率层和高折射率层的两层以上。
16.如权利要求15所述的光学构件,其中,所述低折射率层与所述高折射率层彼此邻接,并且邻接的所述低折射率层与所述高折射率层的折射率差为0.1以上。
17.如权利要求15所述的光学构件,其中,所述低折射率层以选自氧化硅和氟化镁中的至少一种作为主要成分。
18.如权利要求15所述的光学构件,其中,所述高折射率层以选自氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氮氧化铝、氧化锆、氧化锡、氧化铈、硅、氧化铜、氢化硅、氧化铌、氧化钽、掺杂锆的氧化钛和掺杂锆的氧化硅中的至少一种作为主要成分。
19.如权利要求15所述的光学构件,其中,构成所述光干渉膜的层中的至少一层的几何学厚度为50nm以上。
20.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,所述光干渉膜的几何学总膜厚为300nm以上。
21.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,所述光干渉膜配置在所述玻璃基板的两个主面上。
22.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,从所述光学构件的至少一面以5度的入射角入射的、在ISO9050:2003中规定的可见光的平均反射率为75%以上。
23.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,所述规定波长λs下的波像差为1.0λRMS以下。
24.如权利要求1或2所述的光学构件,其中,所述玻璃基板为夹层玻璃。
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