DE112015004470T5

DE112015004470T5 - Antireflexfilm, linse und abbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112015004470T5
Application number: DE112015004470.1T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Takahashi; Takeshi Iida
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-09-08
Also published as: JP6155400B2; US20170160436A1; WO2016052080A1; DE112015004470B4; US9766375B2; JPWO2016052080A1; CN106796308B; CN106796308A

Abstract

Bereitgestellt werden ein Antireflexfilm mit hervorragendem Haftvermögen, eine Linse und eine Abbildungsvorrichtung. In dem Antireflexfilm ist ein Film (16) aus hydriertem Kohlenstoff als eine erste Schicht (12) auf einer Oberfläche eines optischen Substrats (11) ausgebildet und wirkt als eine Schicht mit hohem Brechungsindex. Ein MgF2-Film (17) als eine zweite Schicht (13) mit einem niedrigeren Brechungsindex als die erste Schicht (12) ist auf der ersten Schicht (12) ausgebildet und wirkt als eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex. In ähnlicher Weise werden eine dritte Schicht (14), die von dem Film (16) aus hydriertem Kohlenstoff gebildet wird, und eine vierte Schicht (15), die von dem MgF2-Film (17) gebildet wird, ausgebildet. Der Film (16) aus hydriertem Kohlenstoff und der MgF2-Film (17) werden unter Verwendung einer RF-Magnetron-Sputter-Apparatur ausgebildet. Während der Ausbildung des Films (16) aus hydriertem Kohlenstoff wird ein Mischgas aus Argon und Wasserstoff dergestalt einer Vakuumkammer (22) zugeführt, dass einige der C-C-Bindungen in dem Film durch C-H-Bindungen ersetzt werden. Einige der C-C-Bindungen werden durch Hydrierung gespalten, und Verformungen (Spannung), die sich aufgrund von C-C-Bindungen akkumulieren, können relaxiert werden. Als ein Ergebnis wird der Antireflexfilm (10), der ein hervorragendes Haftvermögen hat und nicht bricht, erhalten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antireflexfilm, der auf einer Oberfläche eines optischen Filters, einer Linse oder dergleichen vorgesehen ist, eine Linse und eine Abbildungsvorrichtung.
Beschreibung des betreffenden Fachgebiets
Chalcogenidglas enthält, beispielsweise, Schwefel (S), Germanium (Ge), Selen (Se), oder Tellur (Te) als einen Hauptbestandteil. Dieses Chalcogenidglas ist preiswerter als Ge-Kristalle, die ein Material aus dem betreffenden Fachgebiet sind, und kann leicht durch Formgebung in einer Form zu einer gewünschten Gestalt eines optischen Elements verarbeitet werden. Daher wurde Chalcogenidglas stark als ein optisches Bauteil wie eine Linse oder ein optischer Filter, bei der bzw. bei dem Strahlung im fernen Infrarot (8 bis 14 μm (was dieselbe Bedeutung hat wie 8 μm oder mehr und 14 μm oder weniger; im Folgenden wird hierin der Ausdruck „bis” verwendet, um einen Bereich auszudrücken, der die Grenzwerte einschließt)) verwendet wird, erwogen.
Da der Brechungsindex von Chalcogenidglas 2,5 bis 2,6 beträgt, ist der Oberflächen-Reflexionsgrad hoch und der Transmissionsgrad bleibt bei etwa 60%. Nur ein einfaches Verfahren der Verarbeitung von Chalcogenidglas zu der Gestalt einer Linse oder dergleichen ist daher nicht ausreichend, um eine ausreichende Abbildungslichtmenge zu erhalten. Daher wird, um den durch Oberflächenreflexion verursachten Lichtmengen-Verlust zu verringern, auf einem aus Chalcogenidglas hergestellten Substrat ein Antireflexfilm vorgesehen (siehe Patentdokumente 1 und 2).
DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP2014-032213 A
Patentdokument 2: JP2011-221048 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Auf dem betreffenden Fachgebiet wird Ge, das ein konstituierendes Element eines Substrats ist, oder eine Verbindung (Sulfid), die Schwefel (S) enthält, welches ein Element ist, das zu der selben Gruppe wie Se gehört, als eine Haftschicht verwendet, um einen Antireflexfilm zu gestalten. Der Grund, warum die aus Ge oder einem Sulfid ausgebildete Schicht ein hohes Haftvermögen an einem Substrat, das aus Chalcogenidglas ausgebildet ist, zeigt, ist, dass an einer Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Film eine starke Bindung ausgebildet wird, wobei die starke Bindung eine Ge-Ge-Bindung, die in einem Fall ausgebildet wird, in dem sowohl das Substrat als auch der Film aus Ge ausgebildet sind, oder eine Se-S-Bindung, die in einem Fall ausgebildet wird, in dem das Substrat Se enthält, ist. Insbesondere ist die Ge-Ge-Bindung eine kovalente Bindung (sp3) mit einer hohen Bindungsstärke, und wird unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit der Filmbildung und der Wartung der Vorrichtung bevorzugter verwendet als ein Sulfid.
Eine hohe Bindungsstärke in einer Ge-Ge-Bindung oder dergleichen wird in einem Fall erzeugt, in dem eine Element auf der Filmseite ein Element ist, das zu der selben Gruppe wie Ge gehört. Beispielsweise hat eine Ge-Si-Bindung, die in einem Fall gebildet wird, in dem ein Substrat aus Ge ausgebildet ist und ein Film aus Silizium (Si) ausgebildet ist, oder eine Ge-C-Bindung, die in einem Fall gebildet wird, in dem ein Substrat aus Ge ausgebildet ist und ein Film aus Kohlenstoff (C) ausgebildet ist, eine hohe Bindungsstärke. Si ist jedoch für Strahlen im fernen Infrarot (8 bis 14 μm) nicht transparent, und ist daher als ein filmbildendes Material ungeeignet.
Andererseits ist C im fernen Infrarotbereich transparent, so lange er eine Diamantstruktur (sp3) hat, und bildet eine kovalente Bindung (sp3) mit Ge an einer Substratseite, und zeigt ein hohes Haftvermögen. Es ist schwierig, einen C-Film (Kohlenstoff-Film) mit einer vollständigen Diamantstruktur zu bilden, aber ein C-Film mit einer diamantähnlichen Kohlenstoff-Struktur (DLC-Struktur; diamond like carbon-Struktur) kann durch Optimieren der Filmbildungsbedingungen gebildet werden. Ein derartiger DLC-Film ist ein Film aus amorphem Kohlenstoff, in dem eine C-Atomskelettstruktur sowohl Diamant-sp3 als auch Graphit-sp2 aufweist.
Der DLC-Film hat eine amorphe Struktur, in der es, anders als in einer kristallinen Struktur, keine Periodizität in der Atomanordnung gibt, und Bindungswinkel oder Abstände zwischen den Atomen unregelmäßig verteilt sind. Daher neigen Verformungen (innere Spannung) in der amorphen Struktur zum Akkumulieren. Daher wurde nachgewiesen, dass in einem Fall, in dem ein DLC-Film mit einer Dicke von mehreren hundert Nanometern gebildet wird, der Film durch innere Spannung bricht. Nur ein einfaches Verfahren der Bildung eines DLC-Films auf einem Substrat, das aus Chalcogenidglas hergestellt ist, ist dementsprechend unzureichend, und es ist erforderlich, das Haftvermögen sicherzustellen.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der oben beschriebenen Probleme gemacht, und eine Aufgabe davon ist, einen Antireflexfilm mit hervorragendem Haftvermögen, eine Linse und eine Abbildungsvorrichtung bereitzustellen.
Mittel zur Lösung der Probleme
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Antireflexfilm bereitgestellt, der auf einer Oberfläche eines Substrats, das aus Chalcogenidglas hergestellt ist, vorgesehen wird, wobei der Film in der Abfolge von der Substratseite hier eine Mehrzahl von Schichten aufweist, worin eine erste Schicht in Kontakt mit dem Substrat von einem hydrierten Kohlenstofffilm gebildet wird.
Es ist bevorzugt, dass der Wasserstoffgehalt ch in dem hydrierten Kohlenstofffilm in einem Bereich von 0 (at %) < ch ≤ 6,1 (at %) ist. Es ist bevorzugter, dass der Wasserstoffgehalt ch in einem Bereich von 0 (at %) < ch ≤ 1,8 (at %) ist.
Es ist bevorzugt, dass eine zweite Schicht auf die erste Schicht geschichtet ist und einen niedrigeren Brechungsindex hat als die erste Schicht. Außerdem ist es bevorzugt, dass eine Mehrzahl von ersten Schichten und eine Mehrzahl von zweiten Schichten alternierend geschichtet sind.
Es ist bevorzugt, dass der Brechungsindex der zweiten Schicht bei einer Wellenlänge von 10,5 μm 1,5 oder niedriger ist. Außerdem ist es bevorzugt, dass die zweite Schicht aus dem MgF₂-Film ausgebildet ist. Es ist bevorzugt, dass der Film aus hydriertem Kohlenstoff durch Zerstäuben (Sputtern) eines Kohlenstoff-Targets in einer Gasatmosphäre, die H₂ enthält, ausgebildet wird. Außerdem besitzt eine Chalcogenidglas-Linse gemäß der vorliegenden Erfindung den oben beschriebenen Antireflexfilm. Eine Abbildungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält mindestens eine Chalcogenidglas-Linse, die den oben beschriebenen Antireflexfilm besitzt.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die erste Schicht in Kontakt mit dem Substrat, das aus Chalcogenidglas hergestellt ist, aus dem Film aus hydriertem Kohlenstoff hergestellt. Als ein Ergebnis kann ein DLC-Film auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet werden. Während der Bildung des DLC-Films werden einige der C-C-Bindungen in dem DLC-Film durch C-H-Bindungen ersetzt, so dass der DLC-Film hydriert wird. Als ein Ergebnis werden einige der C-C-Bindungen durch Hydrierung gespalten. Als ein Ergebnis können Verformungen (Spannung), die sich wegen der C-C-Bindungen akkumulieren, relaxiert werden, ein Brechen bzw. Reißen des Films kann verhindert werden, und ein Antireflexfilm mit hervorragendem Haftvermögen kann erhalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Antireflexfilm gemäß der vorliegenden Erfindung mit vier Schichten zeigt.
2 ist eine Vorderansicht, die eine Übersicht über eine Sputter-Apparatur, die einen Antireflexfilm ausbildet, zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Antireflexfilm mit sechs Schichten zeigt.
4 ist eine schematische Abbildung, die eine Ferninfrarot-Kamera zeigt, die eine Linse mit dem Antireflexfilm gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt.
5 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Brechungsindex eines Films aus hydriertem Kohlenstoff und einer Sputter-Leistung während der Filmbildung zeigt.
6 ist eine grafischen Darstellung, die die Ergebnisse der FT-IR-Spektroskopie des Films aus hydriertem Kohlenstoff zeigt, und eine Beziehung zwischen Wellenzahl und Extinktion zeigt.
7 ist eine Abbildung, die eine C-H₂-Bindung zeigt, bei der zwei Wasserstoffatome an ein Kohlenstoffatom gebunden sind.
8 ist eine Abbildung, die eine C-H₃-Bindung zeigt, bei der drei Wasserstoffatome an ein Kohlenstoffatom gebunden sind.
9 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Brechungsindex eines Films aus hydriertem Kohlenstoff und seinem Wasserstoffgehalt zeigt.
10 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen Wellenlänge und Reflexionsgrad in einem Antireflexfilm gemäß Beispiel 1 zeigt.
11 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen Wellenlänge und Reflexionsgrad in einem Antireflexfilm gemäß Beispiel 2 zeigt.
12 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen Wellenlänge und Reflexionsgrad in einem Antireflexfilm gemäß Beispiel 3 zeigt.
13 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen Wellenlänge und Reflexionsgrad in einem Antireflexfilm gemäß Beispiel 4 zeigt.
14 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen Wellenlänge und Reflexionsgrad in einem Antireflexfilm gemäß Beispiel 5 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRNGSFORMEN
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Antireflexfilm 10 für Chalcogenidglas (hierin im Folgenden einfach als „Antireflexfilm” bezeichnet) gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer Oberfläche eines optischen Substrats 11 vorgesehen. Das optische Substrat 11 ist eine Linse oder ein optischer Filter, die bzw. der unter Verwendung von Chalcogenidglas als ein Substrat hergestellt ist. In 1 ist das optische Substrat 11 aus einem einzigen Material hergestellt. Es kann jedoch, beispielsweise, ein optischer Funktionsfilm wie ein Polarisationstrennfilm oder ein dichroitischer Film auf einer Oberfläche des optischen Substrats 11 ausgebildet sein. In diesem Fall wird der Antireflexfilm 10 auf dem optischen Funktionsfilm ausgebildet. Außerdem hat das optische Substrat 11 in 1 eine planare Oberfläche, aber es kann eine gekrümmte Oberfläche haben, an der eine Linsenoberfläche ausgebildet ist.
Der Antireflexfilm 10 ist eine mehrschichtiger Film, bei dem zwei Arten von dünnen Filmen mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufgeschichtet sind, bei dem eine erste Schicht 12, eine zweite Schicht 13, eine dritte Schicht 14, und eine vierte Schicht 15 in dieser Reihenfolge von der Seite des optischen Substrats 11 her ausgebildet sind. Die erste Schicht 12 und die dritte Schicht 14 sind aus einem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff ausgebildet und wirken als Schicht mit hohem Brechungsindex. Die zweite Schicht 13 und die vierte Schicht 15 sind aus einem Film 17 aus Magnesiumfluorid (MgF₂) ausgebildet und wirken als Schicht mit niedrigem Brechungsindex, die einen niedrigeren Brechungsindex hat als die Schicht mit hohem Brechungsindex. Die vierte Schicht 15 ist an der Grenzfläche zu Luft exponiert.
Es ist bevorzugt, dass der Brechungsindex der zweiten Schicht 13 und der vierten Schicht 15 bei einer Wellenlänge von 10,5 μm 1,5 oder niedriger ist. In einem Fall, in dem der Brechungsindex 1,5 oder niedriger ist, kann ein niedrigerer Reflexionsgrad erreicht werden als in einem Fall, in dem der Brechungsindex höher ist als 1,5, was bevorzugt ist.
Die Anzahl an Filmen 16 aus hydriertem Kohlenstoff und die Anzahl an Filmen 17 aus MgF₂ zur Herstellung des Antireflexfilms 10 sind beliebig. Beispielsweise besitzt der Antireflexfilm 10 vier Schichten mit zwei Filmen 16 aus hydriertem Kohlenstoff und zwei Filmen 17 aus MgF₂. Jeder der Filme 16 aus hydriertem Kohlenstoff und der Filme 17 aus MgF₂ hat eine Dicke von etwa 300 nm bis 3.000 nm, und die Gesamtdicke des Antireflexfilms 10 beträgt beispielsweise etwa 4.000 nm bis 6.000 nm.
Wie in 2 gezeigt ist, werden der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff und der Film 17 aus MgF₂ durch Sputtern unter Verwendung einer Radiofrequenz(RF)-Magnetron-Sputter-Apparatur (hierin im Folgenden einfach als „Sputter-Apparatur” bezeichnet) 21 ausgebildet. Diese Sputter-Apparatur 21 umfasst eine Vakuumkammer 22, eine Vakuumpumpe 23 und eine Energiequelle 24. In der Vakuumkammer 22 sind, beispielsweise, ein Substrathalter 25, ein Halter-Verschiebemechanismus 26, eine Heizeinrichtung 27, Targethalter 28 und 29, ein Vakuummessgerät (nicht gezeigt) und ein Filmdicken-Messinstrument (nicht gezeigt) vorgesehen.
Eine Gasversorgungsquelle 30 ist mit der Vakuumkammer 22 durch einen Gas-Einleitungsanschluss 22a verbunden. Die Vakuumpumpe 23 evakuiert die Vakuumkammer 22. Die Gasversorgungsquelle 30 liefert ein Mischgas (Ar + H₂) aus Argon (Ar) und Wasserstoff (H) oder Argongas (Ar) in die Vakuumkammer 22. Das Mischgas (Ar + H₂) wird während der Ausbildung des Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff der Vakuumkammer 22 zugeführt, und Ar-Gas wird während der Bildung des Films 17 aus MgF₂ der Vakuumkammer 22 zugeführt. In diesen Gasatmosphären wird das Sputtern durchgeführt.
Der Substrathalter 25 hält das optische Substrat 11, auf dem der Antireflexfilm 10 ausgebildet wird. Der Halter-Verschiebemechanismus 26 bewegt den Substrathalter 25 in einer horizontalen Richtung dergestalt, dass das optische Substrat 11 selektiv über den Target-Haltern 28 und 29 positioniert wird.
Einer der Target-Halter 28 und 29 hält ein Kohlenstoff-Target 32, und der andere hält ein MgF₂-Target 33. Jeder der Target-Halter 28 und 29 hat einen Permanentmagneten (nicht gezeigt) und ist mit der Energiequelle 24 verbunden. Ar-Atome, die ionisiert werden, indem die Energiequelle 24 eine Spannung an ihnen anlegt, werden beschleunigt und haben eine hohe kinetische Energie. Zu dieser Zeit prallen die beschleunigten Ar-Ionen dergestalt gegen eine Oberfläche eines der Targets 32 und 33 zur Filmbildung, dass die hohe kinetische Energie der Ar-Ionen auf Target-Atome übertragen wird. Die Target-Atome mit der Energie werden mit hoher Geschwindigkeit beschleunigt, werden aus einem der Targets 32 und 33 emittiert, und werden auf dem optischen Substrat 11 abgeschieden, um einen Film zu bilden.
Zuerst wird das optische Substrat 11 von dem Halter-Verschiebemechanismus 26 über dem Kohlenstoff-Target 32 positioniert und bildet den Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff. Nachdem der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff mit einer gewünschten Dicke ausgebildet ist, wird das optische Substrat 11 über dem MgF₂-Target 33 positioniert, um den MgF₂-Film 17 zu bilden. Als nächstes werden durch Wiederholen der selben Vorgänge, wie oben beschrieben, die erste Schicht 12, die aus dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff ausgebildet ist, die zweite Schicht 13, die aus dem MgF₂-Film 17 ausgebildet ist, die dritte Schicht 14, die aus dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff ausgebildet ist, und die vierte Schicht 15, die aus dem MgF₂-Film 17 ausgebildet ist, in dieser Reihenfolge auf dem optischen Substrat 11 ausgebildet.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Antireflexfilm 10 gebildet, bei dem die vier Schichten aufgeschichtet werden, indem alternierend die Schicht mit hohem Brechungsindex, die von dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff gebildet wird, und die Schicht mit niedrigem Brechungsindex, die von dem MgF₂-Film 17 gebildet wird, vorgesehen werden. Bei dem Antireflexfilm 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Anzahl an Schichten mit hohem Brechungsindex, die von dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff gebildet werden, und die Anzahl an Schichten mit niedrigem Brechungsindex, die von dem Film 17 aus MgF₂ gebildet werden, beliebig. Beispielsweise kann, wie in dem in 3 gezeigten Antireflexfilm 40, der Antireflexfilm gemäß der vorliegenden Erfindung eine Struktur mit sechs Schichten haben, die außerdem eine fünfte Schicht 18, die von dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff gebildet wird, und eine sechste Schicht 19, die von dem MgF₂-Film 17 gebildet wird, besitzen.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden alle Schichten mit hohem Brechungsindex in dem Antireflexfilm 10 von dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff gebildet. Es kann jedoch nur die erste Schicht, die in Kontakt mit dem optischen Substrat 11 ist, als die Schicht mit hohem Brechungsindex, die von dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff gebildet wird, verwendet werden. In diesem Fall kann eine zweite Schicht mit hohem Brechungsindex von einem Film aus ZnS₂ oder Ge gebildet werden. Außerdem kann eine zweite Schicht mit niedrigem Brechungsindex von einem Oxidfilm wie CeO₂ anstelle von MgF₂ gebildet werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Schichten mit niedrigem Brechungsindex, die von dem MgF₂-Film 17 gebildet werden, an der Oberfläche des Antireflexfilms 10 exponiert, und daher zeigt er Öl-Abweisungsvermögen und Wasser-Abweisungsvermögen und wirkt als eine Schutzschicht.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Antireflexfilm 10 unter Verwendung von zwei Arten des Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff und des MgF₂-Films 17 mit unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet. Der Antireflexfilm gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch durch Aufschichten von drei oder mehr Arten von Filmen mit unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff mit einem gewünschten Brechungsindex erhalten durch Festlegen eines Verhältnisses der Strömungsgeschwindigkeit von Wasserstoffgas zur Strömungsgeschwindigkeit von Ar-Gas und Verändern der Sputterenergie. Der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff mit einem gewünschten Brechungsindex kann jedoch erhalten werden durch Festlegen einer Sputterenergie und Verändern des Verhältnisses der Strömungsgeschwindigkeit von Wasserstoff zur Strömungsgeschwindigkeit des Mischgases (Ar + H₂).
Die Art des optischen Substrats 11, auf dem der Antireflexfilm gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird, ist beliebig, und zu Beispielen dafür gehören Linsen und verschiedene optische Filter. Bei dem Antireflexfilm gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Haftung an dem optischen Substrat 11 verstärkt und ist daher, beispielsweise, als eine Linse einer Außenbereichs-Überwachungskamera oder als ein Schutzfilter eines Aufbewahrungsbehälters, in dem eine Überwachungskamera aufbewahrt wird, geeignet.
4 ist eine Ferninfrarot-Kamera (Abbildungsvorrichtung) 51, die eine Chalcogenidglas-Linse 50 mit dem Antireflexfilm 10 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Die Ferninfrarot-Kamera 51 detektiert Strahlungsenergie (Wärme) in einem Wellenlängenbereich von 8 bis 14 μm, die von einem Objekt erzeugt wird, und wandelt eine kleine Menge der Temperaturveränderung in ein elektrisches Signal um, um ein Bild wiederzugeben. Zu diesem Zweck besitzt die Ferninfrarot-Kamera 51 nicht nur die Linse 50, sondern auch eine Blende 52, einen ungekühlten Ferninfrarot-Array-Sensor 53, der bei Raumtemperatur arbeitet, einen Bildverarbeitungsbereich 54, einen Anzeigebereich 55 und einen Speicher 56. Es kann die einzelne Linse 50 oder eine Mehrzahl von Linsen 50 verwendet werden, wobei mindestens eine Linse 50 den Antireflexfilm 10 oder 40 gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt. Die Ferninfrarot-Kamera 51 wird, beispielsweise, nicht nur als ein Nachtsichtgerät für ein Fahrzeug, sondern auch als eine Überwachungskamera zum Überwachen eines Eindringlings oder dergleichen bei Nacht, als eine Kamera für Reparatur und Wartung wie Gebäudediagnose oder Ausrüstungsdiagnose, oder als eine mechanische Kamera zum automatischen Detektieren einer Person mit Fieber verwendet.
Beispiele
Um die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu belegen wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff auf einer Oberfläche des aus Chalcogenidglas hergestellten optischen Substrats 11 ausgebildet wurde, um das Haftvermögen des Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff zu untersuchen.
Verfahren zur Ausbildung eines Films aus hydriertem Kohlenstoff
Unter Verwendung der schematisch in 2 gezeigten RF-Magnetron-Sputter-Apparatur (BMS-800, hergestellt von Shincron Co., Ltd.) 21 wurde der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff unter Verwendung eines Targets mit 6 Zoll Durchmesser (hergestellt von Ulvac Inc.) als das Kohlenstoff-Target 32 ausgebildet.
Die Ausbildungsbedingungen waren wie folgt.
Sputterenergie: 750 W bis 375 W (während der Ausbildung des Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff), 375 W (während der Ausbildung des MgF₂-Films 17)
Sputtergas: ein Mischgas Ar + H₂ (während der Ausbildung des Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff; Strömungsgeschwindigkeit: 120 sccm, der Anteil der Strömungsgeschwindigkeit von Wasserstoff: festgelegt auf 2,5%), Ar-Gas (während der Ausbildung des MgF₂-Films 17)
Sputtergas-Druck: 0,2 Pa
Abstand zwischen dem optischen Substrat 11 und den Targets 32 und 33: 120 mm
Aufheiztemperatur des optischen Substrats 11: erhitzt auf 300°C mittels der Heizeinrichtung 27.
Zuerst wurden die Experimente 1 bis 8 unter Veränderung der Sputterenergie durchgeführt. Als ein Ergebnis wurden acht Arten von Filmen 16 aus hydriertem Kohlenstoff entsprechend den Proben 1 bis 8 ausgebildet. Der Brechungsindex eines jeden der erhaltenen Filme 16 aus hydriertem Kohlenstoff wurde unter Verwendung eines spektroskopischen Ellipsometers (IR-Vase, hergestellt von J. A. Woollam Co., Inc.) gemessen.
5 zeigt eine Beziehung zwischen der Sputterenergie und dem Brechungsindex des erhaltenen Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff. Aus 5 ist ersichtlich, dass der Brechungsindex des Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff abnimmt, wenn die Sputterenergie abnimmt. Diese Abnahme des Brechungsindex wird dadurch verursacht, dass Wasserstoff in den Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff eingebaut wird. Wenn das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit von Wasserstoff zu der Strömungsgeschwindigkeit von Ar-Gas zunimmt, nimmt der Wasserstoffgehalt ch in dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff zu. Diese Zunahme des Wasserstoffgehalts ch führt zu einer Abnahme der Filmdichte, und der Brechungsindex nimmt wegen der Abnahme der Filmdichte ab.
6 zeigt die Ergebnisse der Messung des erhaltenen Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff unter Verwendung eines FT-IR (FT/IR 4200, hergestellt von Jasco Corporation), wobei die horizontale Achse eine Wellenzahl repräsentiert und die vertikale Achse eine Extinktion repräsentiert. Wie aus 6 ersichtlich ist, zeigte sich ein erstes Absorptionsmaximum bei einer Wellenzahl von etwa 2.930 cm^–1, und ein zweites Absorptionsmaximum zeigte sich bei einer Wellenzahl von etwa 2.970 cm^–1. Das erste Absorptionsmaximum stammte von einer in 7 gezeigten Struktur, bei der zwei Atome an ein Kohlenstoffatom gebunden sind, und das zweite Absorptionsmaximum stammte von einer in 8 gezeigten Struktur, bei der drei Atome an ein Kohlenstoffatom gebunden sind.
9 zeigt die Beziehung zwischen dem Brechungsindex des Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff und dem Wasserstoffgehalt ch in dem Film. In 9 repräsentiert die horizontale Achse den Brechungsindex des Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff bei 10,5 μm, und die vertikale Achse repräsentiert den Wasserstoffgehalt ch (H-Gehalt) in dem Film 16. Der Wasserstoffgehalt ch in dem Film 16 wurde durch elastische Rückstreudetektionsanalyse (ERDA) gemessen. Wie in der Technik bekannt ist, wurde bei der elastischen Rückstreudetektionsanalyse eine Probe dergestalt mit Heliumionen beschossen, dass ein Atom in der Probe vorwärts gestreut wurde, und dieses gestreute Element wurde nachgewiesen. Diese elastische Rückstreudetektionsanalyse ist zum Messen des Wasserstoffgehalts ch in dem Film geeignet.
Das in 5 gezeigte Phänomen, wonach der Brechungsindex zugleich mit einer Abnahme der Sputterenergie abnimmt, korreliert mit dem Wasserstoffgehalt ch in dem Film, wie in 9 gezeigt. Das Folgende ist aus 9 ersichtlich, dass in einem Fall, in dem der Brechungsindex 2,0 oder höher ist, die Menge an C-H₂-Bindungen groß ist; und in einem Fall, in dem der Brechungsindex niedriger als 2,0 ist, die Menge an C-H₃-Bindungen rasch zunimmt. Die jeweilige Menge an C-H₂-Bindungen und C-H₃-Bindungen in 9 wurde aus den Maxima eines C-H-Streckmodus, die bei den Ergebnissen der FT-IR-Spektroskopie in dem Bereich von 2.900 bis 3.000 cm^–1 auftraten, abgeschätzt.

Bei der Röntgenfotoelektronenspektroskopie (XPS(X-ray photoelectron spectroscopy); bei der Röntgenstrahlen verwendet wurden) ist aus der Bindungsenergie des Cis-Orbitals ersichtlich, dass das C-Skelett des Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff ein Gemisch von sp3 (Diamantstruktur) und sp2 (Graphitstruktur) war. Das Verhältnis zwischen den Strukturen war konstant, unabhängig vom Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit von Wasserstoff zur Strömungsgeschwindigkeit von Ar-Gas. Bei der Röntgenfotoelektronenspektroskopie wird ein Material dergestalt mit Röntgenstrahlen bestrahlt, dass Fotoelektronen in dem Material nach außen emittiert werden, und die Anzahl an emittierten Fotoelektronen und ihre kinetische Energie wurden gemessen. Als ein Ergebnis können die Energiezustände, die die Elektronen in dem Material besetzen, und die Dichte ihrer Zustände erhalten werden. Tabelle 1

Experiment Nr. (Probe Nr.)	Sputterenergie [W]	Brechungsindex bei 10,5 μm	Wasserstoffgehalt [at %]	Hauptbindung	Haftfestigkeits-Beurteilung
1	375	1,80	7,2	C-H₃	D
2	450	1,82	6,7	C-H₃	D
3	500	1,85	6,1	C-H₃	C
4	550	1,90	4,5	C-H₃	B
5	600	1,95	2,6	C-H₃	B
6	650	2,00	1,8	C-H₂	A
7	700	2,08	1,3	C-H₂	A
8	750	2,20	0,4	C-H₂	A

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung der Beziehung zwischen dem Wasserstoffgehalt des Films aus hydriertem Kohlenstoff und dem Haftvermögen zwischen dem aus Chalcogenidglas hergestellten optischen Substrat und dem Film aus hydriertem Kohlenstoff. Die Proben 1 bis 8 von Tabelle 1 wurden hergestellt, während die Sputterenergie während der Filmbildung in den Experimenten 1 bis 8 verändert wurde, und jeder der Filme 16 aus hydriertem Kohlenstoff wurde in einer Dicke von 100 nm auf dem optischen Substrat 11, das aus einem Chalcogenid-Flachglas (Ge: 20%, Se: 65%, und Sb: 15%) hergestellt war, abgeschieden. Das Haftvermögen jedes der Filme 16 aus hydriertem Kohlenstoff wurde unter Verwendung eines Tape-Testverfahrens nach JIS-H-850415.1 und MIL-C-48497A geprüft. Bei dem Tape-Testverfahren wurde jede der Proben 1 bis 8 in einer Umgebung mit einer Temperatur von 60°C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% 240 Stunden lang stehen gelassen. Als nächstes wurde ein Zellophanstreifen (hergestellt von Nichiban Co., Ltd.; Breite: 12 mm) mit einer Länge von 10 mm an dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff befestigt und dann in vertikaler Richtung rasch abgezogen. Dieser Vorgang wurde dreimal wiederholt, und dann wurde der Abschälzustand des Films 16 aus hydriertem Kohlenstoff betrachtet. Der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff wurde von dem Beobachtungsergebnis ausgehend auf der Basis der folgenden Kriterien beurteilt.

Rang A: der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff wurde nicht abgezogen, selbst nachdem der Vorgang des Abziehens dreimal wiederholt worden war
Rang B: der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff war in dem Fall, dass der Vorgang des Abziehens dreimal wiederholt wurde, beschädigt, und die Matrix des optischen Substrats 11 war nicht zu sehen
Rang C: der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff war in dem Fall, dass der Vorgang des Abziehens zweimal wiederholt wurde, beschädigt, und die Matrix des optischen Substrats 11 war nicht zu sehen
Rang D: der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff war in dem Fall, dass der Vorgang des Abziehens einmal wiederholt wurde, beschädigt, und die Matrix des optischen Substrats 11 war zu sehen.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, wurde bei den Proben 6 bis 8, bei denen der Wasserstoffgehalt ch in dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff 1,8 at % oder niedriger war (der Brechungsindex 2 oder höher war), der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff nicht beschädigt und als A beurteilt. Bei den Proben 3 bis 5, bei denen der Wasserstoffgehalt ch in einem Bereich von 2,6 bis 6,1 at % lag, wurden die Proben 4 und 5 als B beurteilt, und Probe 3 wurde als C beurteilt. Bei allen Proben 3 bis 5 wurde der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff beschädigt, wurde aber nicht abgezogen. Andererseits wurde bei den Proben 1 und 2, bei denen der Wasserstoffgehalt ch in einem Bereich von 6,7 bis 7,2 at % lag, der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff abgezogen und als D beurteilt. Auf der Basis der obigen Ergebnisse ist das Folgende ersichtlich, dass der Wasserstoffgehalt ch in dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff, bei dem das Haftvermögen an dem optischen Substrat 11 aufrechterhalten wird, in dem Bereich von 2,6 bis 6,1 at % liegt, und dass dessen am meisten bevorzugter Bereich, um das Abziehen des Films zu verhindern, 1,8 at % oder niedriger ist. Auf der Basis der obigen Ergebnisse ist ersichtlich, dass der Wasserstoffgehalt ch in dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff bevorzugt in einem Bereich von 0 (at %) < ch ≤ 6,1 (at %) liegt. In einem Fall, in dem der Wasserstoffgehalt ch höher als 0 at % ist, tritt kein durch Filmspannung verursachtes Reißen auf, und der Kohlenstofffilm kann beibehalten werden, im Vergleich zu einem Fall, in dem der Wasserstoffgehalt ch 0 ist. In einem Fall, in dem der Wasserstoffgehalt ch 6,1 at % oder niedriger ist, wird die Haftfestigkeit erhalten, und der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff wird nicht abgezogen, im Vergleich zu einem Fall, in dem der Wasserstoffgehalt ch höher als 6,1 at % ist. Es ist bevorzugter, dass der Wasserstoffgehalt ch in einem Bereich von 0 (at %) < ch ≤ 1,8 (at %) liegt. In einem Fall, in dem der Wasserstoffgehalt ch 1,8 at % oder niedriger ist, wird die Haftfestigkeit zuverlässig erhalten, und der Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff wird nicht abgezogen, im Vergleich zu einem Fall, in dem der Wasserstoffgehalt ch höher 1,8 at % ist.
Als nächstes wurde die Zwei-Schicht-Struktur mit dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff und dem MgF₂-Film 17 zweimal ausgebildet, so dass der Antireflexfilm 10 mit der Vier-Schicht-Struktur auf dem optischen Substrat 11 ausgebildet wurde. Als das optische Substrat 11 wurde Chalcogenidglas (hergestellt von Opto Create Co., Ltd.), das 20% Ge, 65% Se, und 15% Sb enthielt, verwendet. Bezugnehmend auf die experimentellen Ergebnisse von Tabelle 1 wurde der Antireflexfilm 10 dergestalt ausgebildet, dass er eine von sieben Arten von Filmen 16 aus hydriertem Kohlenstoff, bei denen der Brechungsindex in einem Bereich von 1,80 bis 2,24 lag, und bei denen der Wasserstoffgehalt ch in dem Film 16 aus hydriertem Kohlenstoff in einem Bereich von 7,2 bis 0,0 at % lag, enthielt.
Tabelle 2 zeigt die experimentellen Ergebnisse für jeden der Antireflexfilme gemäß den Beispielen 1 bis 5 und den Bezugsbeispielen 1 und 2 hinsichtlich Brechungsindex und Dicke jeder Schicht, des durchschnittlichen Reflexionsgrads und der Haftfestigkeits-Beurteilung. Der Reflexionsgrad R (%) wurde erhalten aus „R (%) = 100 – T (%)” auf der Basis des Transmissionsgrads T, der mittels FT-IR (FT-IR 4200 (hergestellt von Jasco Corporation) wurde verwendet) erhalten wurde.
Der durchschnittliche Reflexionsgrad war ein Wert, der erhalten wurde durch Erhalten von Reflexionsgraden R mit einem Abstand von 4 cm^–1 (kayser) in einem Wellenlängenbereich von 8 bis 14 μm, und durch Dividieren der Summe der erhaltenen Reflexionsgrade R durch die Anzahl von Daten. Das kayser bezieht sich auf die Wellenzahl bei einer Länge von 1 cm und wird ausgedrückt in [cm^–1]. Dementsprechend ist die Beziehung zwischen einer Bezugswellenlänge λ0 [cm] und dem kayser k [cm^–1] als der folgende Konditionalausdruck definiert. λn = 1/(1/λ0 ± (n – 1) × k)

In diesem Ausdruck repräsentiert n eine natürliche Zahl von 1 oder mehr, und eine Wellenlänge λ1, gemessen in dem Fall, dass n = 1, stimmt mit der Bezugswellenlänge λ0 überein. Das Symbol ± kann geeignet gewählt werden in Abhängigkeit davon, ob eine Wellenlänge auf der Seite längerer Wellenlängen oder eine Wellenlänge auf der Seite kürzerer Wellenlängen hinsichtlich der Bezugswellenlänge erhalten werden soll. Tabelle 2

	Brechungsindex bei 10,5 μm/Dicke [nm]				Wasserstoffgehalt [at %]	durchschnittlicher Reflexionsgrad bei 8 bis 14 μm	Haftfestig
	erste Schicht	zweite Schicht	dritte Schicht	vierte Schicht	Wasserstoffgehalt [at %]	durchschnittlicher Reflexionsgrad bei 8 bis 14 μm	keit-Beurteilung
Bezugsbeispiel 1	1,80/1632	1,19/1927	1,80/317	1,19/2055	7,2	0,44	D
Beispiel 1	1,85/1387	1,19/704	1,85/220	1,19/1879	6,1	0,48	C
Beispiel 2	1,90/1303	1,19/690	1,90/274	1,19/2079	4,5	0,45	B
Beispiel 3	2,00/1449	1,19/1047	2,00/317	1,19/3000	1,8	0,23	A
Beispiel 4	2,10/1359	1,19/939	2,10/320	1,19/2887	1,3	0,18	A
Beispiel 5	2,20/1284	1,19/879	2,2/317	1,19/2809	0,4	0,20	A
Bezugsbeispiel 2	2,24/1200	1,19/750	2,24/305	1,19/2785	0,0	-	E

In der ersten Schicht 12 von Bezugsbeispiel 1 war der Brechungsindex 1,80, die Dicke war 1.632 nm, der Wasserstoffgehalt ch war 7,2 at %, und die Haftfestigkeits-Beurteilung war D. Andererseits war in der ersten Schicht 12 von Beispiel 1 der Brechungsindex 1,85, die Dicke war 1.387 nm, der Wasserstoffgehalt ch war 6,1 at %, und die Haftfestigkeits-Beurteilung war C. In der ersten Schicht 12 von Beispiel 2 war der Brechungsindex 1,90, die Dicke war 1.303 nm, der Wasserstoffgehalt ch war 4,5 at %, und die Haftfestigkeits-Beurteilung war B. In den ersten Schichten 12 der Beispiele 3 bis 5 waren die Brechungsindices 2,0, 2,1 und 2,20, die Dicken waren 1.449, 1.359 und 1.284 nm, die Wasserstoffgehalte ch waren 1,8, 1,3 und 0,4 at %, und die Haftfestigkeits-Beurteilungen waren A. In der ersten Schicht 12 von Bezugsbeispiel 2 war der Brechungsindex 2,24, die Dicke war 1.200 nm und der Wasserstoffgehalt ch war 0,0 at %. Als ein Ergebnis trat ein Reißen aufgrund von Filmspannung in der ersten Schicht 12 auf, die Mehrschicht-Struktur konnte nicht aufrechterhalten werden, und die Haftfestigkeits-Beurteilung war E, was niedriger war als D.
Aus den obigen Ergebnissen wurde gefunden, dass in den ersten Schichten 12 der Beispiele 1, 2, 3, 4 und 5 die Brechungsindizes 1,85 bis 2,20 waren, die Haftfestigkeits-Beurteilungen A waren, und alle durchschnittlichen Reflexionsgrade in einem Bereich von 8 bis 14 μm 0,5% oder niedriger waren. 10 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einem Reflexionsgrad in dem Antireflexfilm gemäß Beispiel 1 zeigt. 11 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einem Reflexionsgrad in dem Antireflexfilm gemäß Beispiel 2 zeigt. 12 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einem Reflexionsgrad in dem Antireflexfilm gemäß Beispiel 3 zeigt. 13 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einem Reflexionsgrad in dem Antireflexfilm gemäß Beispiel 4 zeigt. 14 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einem Reflexionsgrad in dem Antireflexfilm gemäß Beispiel 5 zeigt. Auf diese Weise ist ersichtlich, dass in jedem der Beispiele 1 bis 5 der Antireflexfilm 10 mit niedriger Reflexion und einer hervorragenden Haftfestigkeit erhalten werden konnte.
Bezugszeichenliste

10: Antireflexfilm
11: optisches Substrat
12: erste Schicht
13: zweite Schicht
14: dritte Schicht
15: vierte Schicht
16: Film aus hydriertem Kohlenstoff
17: MgF₂-Film
21: Sputter-Apparatur
25: Substrat-Halter
28 und 29: Target-Halter
32: Kohlenstoff-Target
33: MgF₂-Target

Claims

Antireflexfilm, der auf einer Oberfläche eines Substrats, das aus Chalcogenidglas hergestellt ist, vorgesehen ist, wobei der Film eine Mehrzahl an Schichten in einer Abfolge von der Substratseite her aufweist, wobei die erste Schicht, die mit dem Substrat in Kontakt ist, aus einem Film aus hydriertem Kohlenstoff ausgebildet ist.
Antireflexfilm nach Anspruch 1, wobei ein Wasserstoffgehalt ch in dem Film aus hydriertem Kohlenstoff in einem Bereich von 0 [at %] < ch ≤ 6,1 [at %] liegt.
Antireflexfilm nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine zweite Schicht auf die erste Schicht aufgeschichtet ist und eine niedrigeren Brechungsindex als die erste Schicht hat.
Antireflexfilm nach Anspruch 3, wobei eine Mehrzahl der ersten Schichten und eine Mehrzahl der zweiten Schichten alternierend aufgeschichtet sind.
Antireflexfilm nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein Brechungsindex der zweiten Schicht bei einer Wellenlänge von 10,5 μm 1,5 oder niedriger ist.
Antireflexfilm nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die zweite Schicht aus einem MgF₂-Film ausgebildet ist.
Antireflexfilm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Film aus hydriertem Kohlenstoff durch Sputtern eines Kohlenstoff-Targets in einer Gasatmosphäre, die Wasserstoff enthält, ausgebildet ist.
Chalcogenidglas-Linse aufweisend den Antireflexfilm nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Abbildungsvorrichtung aufweisend mindestens die einzelne Chalcogenidglas-Linse nach Anspruch 8.