DE3927087C2

DE3927087C2 -

Info

Publication number: DE3927087C2
Application number: DE3927087A
Authority: DE
Inventors: Hajime Sagamihara Kanagawa Jp Ichikawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1989-08-17
Publication date: 1992-03-05
Also published as: DE3927087A1; US4944581A; KR920002658B1; JPH0282201A; KR900005192A

Description

Gegenwärtig werden optische Teile wie Linsen oder dergleichen immer häufiger verwendet, und insbesondere Prismen als optische Teile aus Kunst stoff werden in Zukunft für die Verwendung in Kameras, Tonbildgeräten oder dergleichen immer mehr gefragt sein. Optische Teile aus Kunststoff können komplizierte Formen aufweisen und im Vergleich zu optischen Teilen aus Glas kostengünstiger und von geringerem Gewicht sein.

Insbesondere bei der Verarbeitung von Prismen muß jedoch, nachdem aus dem Kunststoff durch Spritzgießen, Schneiden oder dergleichen ein Prisma hergestellt ist, auf einer beliebigen schrägen Fläche des Prismas eine Be schichtung in Form eines auf der Rückseite vorgesehenen Spiegels vor genommen werden. Diese Beschichtung wurde bis jetzt durch das gleiche Verdampfungsmaterial gebildet wie der Film bei optischen Teilen aus Glas. Wird jedoch bei optischen Teilen aus Kunststoff die Beschichtung mit dem gleichen Verdampfungsmaterial und demselben Filmschichtenaufbau durchgeführt wie bei optischen Teilen aus Glas, so treten nach der Film herstellung Mikrobrüche auf, oder die Haftung zwischen Filmschicht und Substrat ist unzureichend oder, selbst wenn nach der Aufdampfung keine Beschädigungen auftreten, werden Mikrorisse durch die Prüfung auf Wider standsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse verursacht.

Wenn ein Dachkantprisma für eine Kamera oder dergleichen als optisches Teil aus Glas verwendet wird, wird im allgemeinen Ag zunächst direkt auf das Glas-Substrat als Rückseiten-Spiegel aufgedampft, während Cu hierauf als Schutzfilm auf das Ag aufgedampft wird. Wenn jedoch eine solche Filmschichtenstruktur auf ein Kunststoffsubstrat wie Akrylharz oder der gleichen aufgebracht ist, sind zwar die optischen Eigenschaften zufrieden stellend, die Haltbarkeit ist es jedoch nicht. Das bedeutet, wenn im letzteren Fall ein Schältest mit einem Zelluloseband vorgenommen wird, bei dem das Zelluloseband auf der Oberfläche der Filmschicht befestigt und anschließend schnell abgezogen wird, läßt sich die Filmschicht leicht von dem Kunststoffsubstrat abschälen. Zumal wenn ein Wärmeschocktest mit einem sich fünfmal wiederholenden Temperaturzyklus von -20°C über Raumtemperatur (20-25°C) bis 60°C als Test für die Widerstands fähigkeit gegen Umwelteinflüsse durchgeführt wird, wird das Auftreten von Haarrissen beobachtet. Selbst wenn Al anstelle von Ag und SiO als Schutzfilmschicht verwendet werden, tritt die oben beschriebene Erscheinung auf, so daß eine zufriedenstellende ausreichende Haltbarkeit nicht erzielt werden kann.

Die Verwendung von SiO und SiO₂ zur Beschichtung von Kunststoffsubstraten für optische Elemente ist bereits bekannt (DE-OS 27 38 044, JP-OS 60-2 25 101). Desgleichen ist es bekannt, CeO₂ in Verbindung mit SiO₂ in optischen Interferenzschichten zu verwenden (US-PS 39 22 068). Bei allen diesen Beschichtungen treten Haarrisse auf.

Es ist weiterhin ein Mehrschicht-Film für optische Kunststoffteile mit einem Kunststoff substrat und fünf übereinander angeordneten Schichten bekannt, die auf einer Oberfläche dieses Substrats aufgebracht sind, wobei eine Schicht aus CeO₂ und eine andere Schicht aus SiO₂ besteht (DE-OS 37 31 501). Dieser Mehrschicht-Film eignet sich jedoch in erster Linie nur für eine Beschichtung von Glas.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die oben aufgezeigten Probleme der herkömmlichen Technik zu lösen und einen auf der Rückseite angebrachten Mehrschichtenfilm-Spiegel für optische Teile aus Kunststoff zu schaffen, der hinreichend zufriedenstellende optische Grundeigenschaften (spektraler Reflexionsgrad), einschließlich der Reproduzierbarkeit, aufweist und der verbesserte Haltbarkeitsergebnisse bei Wärmeschocktests, Haftungs tests und dergleichen hat.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß liegt der Grund für die Beschränkung der Dicke des dünnen Metallfilms auf 100 bis 200 nm darin, daß bei einer Dicke von weniger als 100 nm ein unerwünschtes Durchlicht durch den Film auf tritt, während bei einer Dicke von mehr als 200 nm Filmschichtbrüche oder das Abschälen des Films verursacht werden, weil das Substrat aus Kunststoff besteht.

Wie oben beschrieben, besteht die erfindungsgemäße mehrschichtige Film struktur aus lichtdurchlässigen dielektrischen Filmschichten aus SiO, SiO₂ und CeO₂ und dünnen Metallfilmen, wobei jede dieser Filmschichten durch Vakuumbedampfung hergestellt wird. Diese Vakuumbedampfung wird bei einer Atmosphäre von Raumtemperatur zwischen 20 und 25°C durchgeführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des als Rückseiten-Spiegel dienenden Mehrschichtenfilms;

Fig. 2 ein Diagramm, welches den Spektroreflexionsgrad des auf der Rückseite vorgesehenen Spiegels gemäß dem ersten Ausführungs beispiel zeigt;

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform eines als Rückseiten-Spiegel dienenden Mehrschichtenfilms;

Fig. 4 ein Diagramm, das einen Spektroreflexionsgrad eines Rückseiten- Spiegels gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;

Fig. 5 eine schematische Vorderansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrschicht-Rückseitenspiegels;

Fig. 6 ein Diagramm, welches den Spektroreflexionsgrad eines Rückseiten- Spiegels gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

Bei einem mehrschichtigen Film, der auf der Rückseite einen erfindungs gemäßen Spiegel für optische Teile aus Kunststoff bildet, besteht die erste Filmschicht im Falle einer 5-Schichten-Struktur aus SiO bzw. die erste und die zweite Filmschicht im Falle der 6-Schichten-Struktur aus SiO und SiO₂. Diese Schichten tragen zu einer Verbesserung der Haft eigenschaften auf dem Kunststoffsubstrat und zu einer Verbesserung des Risse-Widerstands bei. Ferner beeinflussen im Falle des 5-Schichten-Aufbaus die zweite bis vierte Schicht, die aus CeO₂ und Al oder Ag bestehen, bzw. im Falle des 6-Schichten-Aufbaus die dritte bis fünfte Schicht aus CeO₂ und Al oder Ag die optischen Eigenschaften wie z. B. den spektralen Reflexionsgrad oder Spektroreflexionsgrad und dergleichen. Dies bedeutet, daß der Reflexionsgrad von nicht weniger als 90% durch die Brechungs indices und die Dicken der drei Schichten des CeO₂-Films bestimmt ist. Darüber hinaus ist die letzte Schicht (SiO-Schicht oder Cu-Schicht) eine Schutzschicht zur Verhinderung von Oxidation.

Der mehrschichtige, auf der Rückseite angebrachte Spiegel-Film für optische Teile aus Kunststoff kann also erfindungsgemäß grob aufgeteilt werden in (1) Schichten, welche die Hafteigenschaften und den Risse- Widerstand verbessern, (2) Schichten, welche die optischen Eigenschaften (Reflexionsgrad) verbessern, und (3) eine Schicht zur Verhinderung von Oxidation.

Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der Erfindung; die Erfindung ist jedoch nicht auf sie beschränkt.

Beispiel 1

Bei diesem Beispiel bestand der Rückseiten-Spiegel für ein Licht mit einem Einfallswinkel von 45° aus einer Fünfschichtenstruktur, wie in Tabelle 1 und Fig. 1 gezeigt ist. In Tabelle 1 bezeichnet λ₀ eine Entwurfs wellenlänge, die in diesem Beispiel 500 nm beträgt.

Tabelle 1

Auf die Oberfläche des Kunststoffsubstrats S aus Akrylharz (PMMA) mit einer Brechungszahl n = 1,49 wurde eine Filmschicht 1 aus SiO als erste Schicht aufgebracht, indem SiO im Hochvakuum von nicht weniger als 1-2 ×10^-5 Torr durch einen Widerstandsaufheizprozeß vakuumverdampft wurde. Dann wurde eine Filmschicht 2 aus CeO₂ als zweite Schicht auf die Film schicht 1 aus SiO mittels eines Elektronenkanonenprozesses aufgebracht. Weiterhin wurde eine Filmschicht 3 aus SiO₂ als dritte Schicht auf die Filmschicht 2 aus CeO₂ aufgebracht, indem SiO₂ durch einen Elektronen strahlprozeß vakuumverdampft wurde. Nun wurde eine Filmschicht 4 aus Al als vierte Schicht auf die dritte Filmschicht aus SiO₂ aufgebracht, indem Al durch einen Widerstandsheizprozeß oder einen Elektronenstrahl prozeß vakuumverdampft wurde.

Schließlich wurde auf die vierte Schicht 4 aus Al eine Filmschicht 5 aus SiO als fünfte Schicht aufgebracht, indem SiO durch einen Widerstands heizprozeß vakuumverdampft wurde, wie dies für die erste Schicht be schrieben ist.

Der spektrale Reflexionsgrad des auf der Rückseite angebrachten Mehr schichtenfilm-Spiegels, der bei diesem Beispiel bei einem Einfallswinkel von 45° erhalten wurde, wurde gemessen und ergab das in Fig. 2 gezeigte Ergebnis. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat der auf der Rückseite an gebrachte Mehrschichtenfilm-Spiegel gemäß diesem Beispiel als Anfangs eigenschaften optische Grundeigenschaften (Spektroreflexionsgrad).

Ferner wurde ein Haftungstest durchgeführt, bei dem ein Zelluloseband (Breite: 18 mm) auf der Filmoberfläche des Mehrschichtenfilm-Spiegels befestigt und von der Haftungsfläche in einem Winkel von etwa 45° wieder abgenommen wurde; dabei wurde keine Filmablösung verursacht.

Weiterhin wurde keine Beschädigung beobachtet, als der Mehrschichtenfilm- Spiegel gemäß diesem Beispiel einem Wärmeschocktest als Umwelttest unterworfen wurde, bei dem sich Temperaturfolgen von -20°C über Raum temperatur (20-25°C) bis +60°C fünfmal zyklisch wiederholten.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel bestand der auf der Rückseite angebrachte Spiegel bei einem Licht-Einfallswinkel von 45° aus einer Fünfschichtenstruktur, wie sie in Tabelle und Fig. 3 sowie im Beispiel 1 gezeigt ist. In Tabelle 2 bezeichnet λ₀ eine Konstruktionswellenlänge, die in diesem Beispiel 500 nm beträgt.

Tabelle 2

Auf die Oberfläche des Kunststoffsubstrats S aus Akrylharz (PMMA) mit einer Brechungszahl n = 1,49 wurde eine Filmschicht 1 aus SiO als erste Schicht aufgebracht, indem SiO im Hochvakuum von mindestens 1-2× 10^-5 Torr durch einen Widerstandsaufheizprozeß vakuumverdampft wurde. Dann wurde eine Filmschicht 2 aus CeO₂ als zweite Schicht auf die Filmschicht 1 aus SiO aufgebracht, indem CeO₂ durch einen Elektronenkanonenprozeß vakuumverdampft wurde. Weiterhin wurde eine Filmschicht 3 aus SiO₂ als eine dritte Schicht auf die Schicht 2 aus CeO₂ aufgebracht, indem SiO₂ durch einen Elektronenstrahlprozeß vakuumverdampft wurde. Ferner wurde auf die Schicht 3 aus SiO₂ eine Filmschicht 6 aus Ag als vierte Schicht aufgebracht, indem Ag durch einen Widerstandsheizprozeß oder einen Elektronenstrahlprozeß vakuumverdampft wurde. Schließlich wurde eine Filmschicht 7 aus Cu als Schutzschicht auf die Schicht 6 aus Ag als fünfte Schicht aufgebracht, indem Cu durch den Widerstandsaufheizprozeß, wie er für die erste Filmschicht beschrieben ist, vakuumverdampft wurde.

Der Spektroreflexionsgrad des Mehrschichtenfilm-Spiegels, der bei diesem Beispiel bezüglich eines Einfallswinkels von 45° erhalten wurde, wurde gemessen und ergab das in Fig. 4 gezeigte Ergebnis. Wie aus Fig. 4 er sichtlich ist, hat der Mehrschichtenfilm-Spiegel gemäß diesem Beispiel als ursprüngliche Eigenschaften optische Grundeigenschaften (Spektroreflexions grad).

Der gleiche Haftungs- und Umwelttest wie in Beispiel 1 wurde bei dem Mehrschichtenfilm-Spiegel gemäß diesem Beispiel durchgeführt, wobei wieder gefunden wurde, daß keine Ablösung des Films verursacht wurde und keine erkennbare Beschädigung auftrat.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel bestand der Rückseiten-Spiegel bei einem Einfalls winkel des Lichts von 45° aus einer Sechsschichtenstruktur, wie in Tabelle 3 und Fig. 5 gezeigt ist. In Tabelle 3 bezeichnet λ₀ eine Konstruktions wellenlänge, die in diesem Beispiel 500 nm beträgt.

Tabelle 3

Auf die Oberfläche eines Kunststoffsubstrats S aus Akrylharz (PMMA) mit einer Brechungszahl n = 1,49 wurde eine Filmschicht 1 aus SiO als erste Schicht aufgebracht, indem SiO im Hochvakuum von nicht weniger als 1- 2 ×10^-5 Torr durch einen Widerstandsaufheizprozeß vakuumverdampft wurde. Dann wurde auf die Schicht 1 aus SiO eine Filmschicht 8 aus SiO₂ als zweite Schicht aufgebracht, indem SiO₂ durch einen Elektronenstrahlprozeß vakuumverdampft wurde. Weiterhin wurde auf die Schicht 8 aus SiO₂ als dritte Schicht eine Filmschicht 2 aus CeO₂ aufgebracht, indem CeO₂ durch einen Elektronenkanonenprozeß vakuumverdampft wurde. Anschließend wurde eine Filmschicht 3 aus SiO₂ auf die Schicht 2 aus CeO₂ als vierte Schicht aufgebracht, indem SiO₂ durch einen Elektronenstrahlprozeß vakuum verdampft wurde. Ferner wurde auf die Schicht 3 aus SiO₂ als eine fünfte Schicht eine Filmschicht 4 aus Al aufgebracht, indem Al durch einen Widerstandsaufheizprozeß oder einen Elektronenstrahlprozeß vakuum verdampft wurde. Schließlich wurde als sechste und Schutzschicht eine Filmschicht 5 aus SiO auf die Schicht 4 aus Al aufgebracht, indem SiO durch den für die erste Schicht beschriebenen Widerstandsaufheizprozeß vakuumverdampft wurde.

Der Spektroreflexionsgrad des Mehrschichtenfilm-Spiegels, der bei diesem Beispiel bei einem Einfallwinkel von 45° erhalten wurde, wurde gemessen und ergab das in Fig. 6 gezeigte Ergebnis. Wie aus Fig. 6 er sichtlich ist, hat der Mehrschichtenfilm-Spiegel gemäß diesem Beispiel als Anfangseigenschaften optische Grundeigenschaften (spektraler Reflexions grad).

Der gleiche Haftungs- und Umwelttest wie in Beispiel 1 wurde bei dem Mehrschichtenfilm-Spiegel gemäß diesem Beispiel durchgeführt, wobei sich bestätigte, daß keine Ablösung des Films verursacht wird und keine erkenn bare Beschädigung auftritt.

Darüber hinaus konnten auch dann ähnliche Ergebnisse erzielt werden, wenn als fünfte Schicht eine Filmschicht aus Ag und als sechste Schicht im Beispiel 3 eine Filmschicht aus Cu verwendet wurden.

Wie oben erwähnt, werden bei dem erfindungsgemäßen Mehrschichtenfilm- Spiegel für optische Teile aus Kunststoff Filmschichten aus SiO (SiO₂), CeO₂, SiO₂, Al (Al) und SiO (Cu) mit vorgegebenen Dicken auf die Ober fläche des Kunststoffsubstrats aufgebracht, so daß die optischen Grund eigenschaften (Spektroreflexionsgrad: mindestens 90%, Einfallswinkel: 45°, λ₀ = 500 nm) als Anfangseigenschaften zufriedenstellend sind. Ferner werden weder Mikrobrüche im Spiegelfilm noch Deformation oder De gradation des Kunststoffsubstrats verursacht, und folglich ist die äußere Erscheinungsform gut. Darüber hinaus werden durch den Dauerstandstest weder das Abschälen des Films noch das Auftreten von Haarrissen noch die Deformation oder Degradation des Kunststoffsubstrats verursacht.

Claims

1. Rückseitig reflektierender Spiegel mit einem Kunststoff-Substrat und fünf übereinander angeordneten Schichten, die auf einer Oberfläche dieses Substrats aufge bracht sind, wobei eine Schicht aus CeO₂ und eine andere Schicht aus SiO₂ besteht, da durch gekennzeichnet, daß eine erste Schicht (1) auf einer Seite dieser Oberfläche eine SiO-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₁d₁) von 0<n₁d₁ ≦ 0,1 λ₀ hat, daß eine zweite Schicht (2) eine CeO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₂d₂) von 0,19λ₀≦n₂d₂≦0,25λ₀ hat, daß eine dritte Schicht (3) eine SiO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₃d₃) von 0,25λ₀≦ n₃d₃≦0,3λ₀ hat, daß eine vierte Schicht (4) eine Al-Schicht ist, die eine mechanische Dicke (d₄) von 100∼200 nm hat, und daß eine fünfte Schicht (5) eine SiO-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₅d₅) von 0,18 λ₀≦n₅d₅≦0,25λ₀ hat.

2. Rückseitig reflektierender Spiegel mit einem Kunststoff-Substrat und fünf übereinander angeordneten Schichten, die auf einer Oberfläche dieses Substrats aufge bracht sind, wobei eine Schicht aus CeO₂ und eine andere Schicht aus SiO₂ besteht, da durch gekennzeichnet, daß eine erste Schicht (1) auf einer Seite dieser Oberfläche eine SiO-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₁d₁) von 0<n₁d₁≦0,1λ₀ hat, daß eine zweite Schicht (2) eine CeO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₂d₂) von 0,19λ₀≦n₂d₂≦0,25λ₀ hat, daß eine dritte Schicht (3) eine SiO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₃d₃) von 0,25λ₀≦n₃d₃≦0,3λ₀ hat, daß eine vierte Schicht (6) eine Ag-Schicht ist, die eine mechanische Dicke (d₄) von 100∼200 nm hat, und daß eine fünfte Schicht (7) eine Cu-Schicht ist, die eine mechanische Dicke (d₅) von 100∼200 nm hat.

3. Rückseitig reflektierender Spiegel mit einem Kunststoff-Substrat und sechs übereinander angeordneten Schichten, die auf einer Oberfläche dieses Substrats auf gebracht sind, wobei eine Schicht aus CeO₂ und eine andere Schicht aus SiO₂ besteht, da durch gekennzeichnet, daß eine erste Schicht (1) auf einer Seite der Oberfläche eine SiO-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₁d₁) von 0<n₁d₁≦0,1 λ₀ hat, daß eine zweite Schicht (8) eine SiO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₂d₂) von 0≦n₂d₂≦0,1λ₀ hat, daß eine dritte Schicht (2) eine CeO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₃d₃) von 0,19λ₀≦n₃d₃≦0,25λ₀ hat, daß eine vierte Schicht (3) eine SiO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₄d₄) von 0,25λ₀≦n₄d₄≦0,3λ₀ hat, daß eine fünfte Schicht (4) eine Al-Schicht ist, die eine mechanische Dicke (d₅) von 100∼200 nm hat, und daß eine sechste Schicht (5) eine SiO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₆d₆) von 0,18≦n₆d₆≦0,25λ₀ hat.

4. Rückseitig reflektierender Spiegel mit einem Kunststoff-Substrat und sechs übereinander angeordneten Schichten, die auf einer Oberfläche dieses Substrats auf gebracht sind, wobei eine Schicht aus CeO₂ und eine andere Schicht aus SiO₂ besteht, da durch gekennzeichnet, daß eine erste Schicht auf einer Seite der Oberfläche eine SiO-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₁d₁) von 0<n₁d₁≦0,1λ₀ hat, daß eine zweite Schicht eine SiO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₂d₂) von 0<n₂d₂≦0,1λ₀ hat, daß eine dritte Schicht eine CeO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₃d₃) von 0,19λ₀≦n₃d₃≦0,25 λ₀ hat, daß eine vierte Schicht eine SiO₂-Schicht ist, die eine optische Dicke (n₄d₄) von 0,25λ₀≦n₄d₄≦0,3λ₀ hat, daß eine fünfte Schicht eine Ag-Schicht ist, die eine mechanische Dicke (d₅) von 100 ∼200 nm hat, und daß eine sechste Schicht eine Cu-Schicht ist, die eine mechanische Dicke (d₆) von 100∼200 nm hat.

5. Rückseitig reflektierender Spiegel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten als Spiegel auf einer rückseitigen Fläche eines optischen Teils, beispielsweise eines Prismas, angeordnet sind.