JP2004264438A - 反射鏡及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂基板上に該樹脂基板側から順に、下引き層、反射層、保護層を設けてなる反射鏡において、該反射層はAg膜、該下引き層と保護層は、共に1層以上のTiO2膜と1層以上のAl2O3膜とで形成されており、該下引き層の該樹脂基板に接する膜はTiO2膜であることを特徴とする反射鏡。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は反射鏡及びそれを用いた光学機器に関し、たとえば可視域(波長400〜700nm)における所定の波長帯に対して安定して耐久性が良く、高い反射率が得られるテレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の光学系において用いられる光学部材に適用するときに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、反射鏡としてはAl膜を用いた例が多く知られているが、近年、広い可視域の波長範囲で高い反射率が得られる銀膜を、樹脂基板に蒸着した銀反射鏡が知られている。
【0003】
反射膜としての銀膜は、高い反射率が得られるが、外気に晒されると腐食し、反射率が低下する等、耐環境性に弱い。
【0004】
この為、銀膜を用いた反射鏡は、環境に対する耐久性を高める為に銀層を包み込む保護膜を施す等の手段が必要となっている。
【0005】
銀膜の下引き層(基板と銀膜との間に設ける膜)又は保護膜に硫化物を用いた反射鏡が知られている(例えば特許文献1、2)。
【0006】
又銀膜の下引き層又は保護膜に金層膜を用いた反射鏡が知られている(例えば特許文献3〜5)。
【0007】
この他銀膜に他材料(例えば、Pd,Al,Au)を添加した反射鏡も知られている。
【特許文献1】
特開平05−127005号公報
【特許文献2】
特開平06−313803号公報
【特許文献3】
特公平07−005309号公報
【特許文献4】
特開平08−327809号公報
【特許文献5】
特開2001−74922号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前述した各公報で提案されている反射鏡は、ガラス基板に換えて樹脂基板を用い、Al膜に換えてAg膜を用いたときに生じる耐久性や、信頼性(膜ハクリ、クモリ等)の低下を改善する方法がとられている。
【0009】
前述した各公報で提案されている反射鏡は、耐久性や信頼性の改善は認められるが、成膜後の初期反射率が不安定になる傾向があった。又、テープによる密着テストや温度80度、100時間の高温テストや温度60度、湿度90%で1000時間の環境テスト等の信頼性試験の結果、膜ハクリ、クモリ等が生ずる場合があった。
【0010】
本発明は、樹脂基板を用い、そこに反射膜として銀膜を施すとき下引き層や保護膜を適切に施すことにより高い耐久性と信頼性が容易に得られる反射鏡及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の反射鏡は樹脂基板上に該樹脂基板側から順に、下引き層、反射層、保護層を設けてなる反射鏡において、該反射層はAg膜、該下引き層と保護層は、共に1層以上のTiO2膜と1層以上のAl2O3膜とで形成されており、該下引き層の該樹脂基板に接する膜はTiO2膜であることを特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の反射鏡(銀反射鏡)の実施形態の要部断面概略図である。本実施形態の反射鏡は樹脂基板10上に順次、下引き層20、銀層30、保護層40を設けている。
【0013】
具体的には、樹脂基板10上に3つの層21、22、23からなる下引き層20を設け、次いで反射層(銀層)30、更に2つの層41、42からなる保護層40を設けた構成より成っている。
【0014】
尚、下引き層20と保護層40の層数は図1に示す以外、以下に示す条件を満足すればいくつであっても良い。
【0015】
下引き層20と保護層40は共に少なくとも1層のAl2O3膜を含む構成としている。これは、検討の結果、銀層30の耐久の信頼性を改善する為には、銀層30の両側(上下側)に、透湿率が低く、基板10からの脱ガス成分に対する遮蔽効果の高い膜を設けることが有効であることを見出したことによる。
【0016】
保護層40がTiO2膜とAl2O3膜の交互層で形成される構成としている。これは、表面反射鏡の場合には高反射率を得るだけでなく、反射鏡の信頼性を改善するにはTiO2膜とAl2O3膜の組み合わせが最適であることを見出したことによる。
【0017】
下引き層20がTiO2膜とAl2O3膜の交互層で形成される構成としている。これは、裏面反射鏡の場合には高反射率を得るだけでなく、反射鏡の信頼性、特に銀層30と下引き層20間の密着力、又は銀層30と保護層40間の密着力を改善するには、銀層30の両側の交互層が同一材料、略同一構成、であることが有効である事を見出したことによる。
【0018】
下引き層20の樹脂基板10に接する膜21がTiO2膜で形成される構成としている。これは、反射鏡の信頼性、特に樹脂基板10と下引き層20間の密着力を改善するには、TiO2膜が有効であることを見出したことによる。
【0019】
下引き層20の銀層30に接する膜23がTiO2膜で形成される構成としている。これは、反射鏡の信頼性、特に銀層30と下引き層20間の密着力を改善するには、TiO2膜が有効であることを見出したことによる。
【0020】
次に各層の好ましい幾何学的膜厚(膜厚をd、膜の屈折率をnとするときの光学的膜厚ndでは無く、物理的膜厚)について説明する。
【0021】
下引き層20に含まれるAl2O3膜の幾何学的合計膜厚が10nm以上100nm以下としている。これは、銀層30の信頼性、特に吸湿、基板10からの脱ガス成分による銀層30のクモリを改善するためのAl2O3膜の幾何学的合計膜厚としては、10nm以上の厚さが無いと効果が無いことを見出したことによる。又温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストによる膜浮きを改善するためのAl2O3膜の幾何学的合計膜厚としては、100nm以下の厚さが好ましいことを見出したことによる。
【0022】
下引き層20の樹脂基板10に接するTiO2膜21の膜厚が80nm以下で形成される構成としている。これは、温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストによる膜浮きを改善するためのTiO2膜の幾何学的膜厚としては、80nm以下の厚さが好ましいことを見出したことによる。
【0023】
尚、本実施形態においてはTiO2膜とAl2O3膜の交互層で形成される保護層40上に、幾何学的膜厚が1〜20nm以下のSiOx(1<x<2)からなる第2の保護層を設けても良い。これによれば反射鏡の信頼性、特に表面の耐擦傷性の改善に有効である。
【0024】
次に本発明の各実施形態の具体的な膜構成について説明する。
【0025】
(実施形態1)
樹脂基板10として不透明ポリカーボネート基板(黒色成分を含む)を用い、真空蒸着法により銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板10側から順に、下引き層20としてTiO2膜(屈折率〜2.15)、Al2O3膜(屈折率〜1.6)、反射膜30としてAg膜、保護層40としてAl2O3膜、TiO2膜の5層構成である。
【0026】
保護層40の幾何学的膜厚は、Al2O3膜が〜55nm、TiO2膜が〜60nmであり、下引き層20の各材料の幾何学的膜厚も略同様とした。成膜時の基板加熱は無加熱とし、蒸発手段としては全て電子銃を用いた。この銀表面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0027】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる成膜後の初期密着テスト、及び温度80度、100時間の高温放置テスト、温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。密着、外観とも実用上全く問題なかった。尚、表1において、○印又は◎印は実用上問題のないことを示し、●は問題があることを表している。
【0028】
(実施形態2)
実施形態1と同様にして、銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板10側から順に、下引き層20としてTiO2膜、Al2O3膜、 TiO2膜、反射膜30としてAg膜、保護層40としてAl2O3膜、TiO2膜の順に6層構成である。膜構成の模式図は図1と同様である。保護層40の幾何学的膜厚は、Al2O3膜が〜55nm、TiO2膜が〜60nmであり、下引き層20の各材料の幾何学的膜厚も略同様とした。この銀表面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0029】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる初期密着テスト、及び温度80度、100時間の高温放置テスト、温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。密着、外観とも良好であった。
【0030】
(実施形態3)
実施形態1と同様にして、銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板側10から順に、下引き層20としてTiO2膜、Al2O3膜、 TiO2膜、 Al2O3膜、反射膜30としてAg膜、保護層40としてAl2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜の9層構成である。保護層40の幾何学的膜厚は、 銀層30側から順に、Al2O3膜が〜60nm、TiO2膜が〜60nm、Al2O3膜が〜95nm、TiO2膜が〜40nmであり、下引き層20の各材料の幾何学的膜厚は、基板10側から順に、 TiO2膜が〜40nm、Al2O3膜が〜50nm、TiO2膜が〜60nm、Al2O3膜が〜50nmであり、銀層30を挟んで略同様の構成とした。この銀表面反射鏡の初期反射率は98%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0031】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる初期密着テスト、及び温度80度、100時間の高温放置テスト、温度60、湿度度90%1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。環境テストの結果、目視では判別できない微少な膜浮きが発生したが、密着、外観とも実用上全く問題なかった。
【0032】
(実施形態4)
実施形態1と同様にして、銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板10側から順に、下引き層20としてTiO2膜、Al2O3膜、 TiO2膜、 Al2O3膜、TiO2膜、反射膜30としてAg膜、保護層40として、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、の11層構成である。保護層40の幾何学的膜厚は、 銀層側から順に、TiO2膜が〜95nm、Al2O3膜が〜85nm、TiO2膜が〜60nm、Al2O3膜が〜55nm、TiO2膜が〜20nmであり、下引き層20の各材料の幾何学的膜厚は、基板側10から順に、TiO2膜が〜40nm、Al2O3膜が〜10nm、TiO2膜が〜60nm、Al2O3膜が〜10nm、TiO2膜が〜95nmであり、銀層30を挟んで対称に略同様とした。下引き層20の各材料の幾何学的膜厚も銀層30を挟んで略同様の構成とした。この銀表面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0033】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる初期密着テスト、及び温度80度、100時間の高温放置テスト、温度60度、湿度90%、1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。密着、外観とも良好であった。
【0034】
(実施形態5)
実施形態1と同様にして、銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板側10から下引き層20としてTiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、反射膜30としてAg膜、保護層40としてAl2O3膜、TiO2膜、SiOx膜(1<x<2)の7層構成である。保護層40の幾何学的膜厚は、Al2O3膜が〜55nm、TiO2膜が〜55nm、SiOx膜が〜10nm であり、下引き層20の各材料の幾何学的膜厚も略同様とした。この銀表面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0035】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる初期密着テスト、及び温度80度、100時間の高温放置テスト、温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。密着、外観とも良好であった。又、シルボン紙による擦りテストの結果では、実施形態2に対して改善が見られた。
【0036】
(実施形態6)
実施形態1と同様にして、銀裏面反射鏡を作成した。但し、樹脂基板10として透明ポリカーボネート基板を用いた。膜構成は、基板10側から順に、下引き層20としてTiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、反射膜30としてAg膜、保護層40として、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜の7層構成である。下引き層20の幾何学的膜厚は、樹脂基板10側からTiO2膜が〜80nm、Al2O3膜が〜80nm、TiO2膜が〜105nmであり、保護層40の各材料の幾何学的膜厚も銀層を対称に略同様とした。この銀裏面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0037】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる初期密着テスト、及び温度80度、100時間の高温放置テスト、温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。環境テストの結果、目視では判別できない微少な膜浮きが発生したが、密着、外観とも実用上全く問題なかった。
【0038】
(実施形態7)
実施形態2と同様にして、銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板10側から順に、下引き層20としてTiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、反射膜30としてAg膜、保護層40としてAl2O3膜、TiO2膜の6層構成である。保護層40の幾何学的膜厚は、Al2O3膜が〜55nm、TiO2膜が〜60nmであり、下引き層20の各材料の幾何学的膜厚は、基板10側から順に、TiO2膜が〜60nm、Al2O3膜が〜10nm、TiO2膜が〜60nmであり、銀層30を挟んで略同様の構成とした。この銀表面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0039】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる初期密着テスト、及び温度80度、100時間の高温放置テスト、温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。高温放置テストの結果、目視では判別できない軽微なクモリが発生したが、密着、外観とも実用上全く問題なかった。
【0040】
(実施形態8)
実施形態1と同様にして、銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板10側から順に、下引き層20としてTiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、反射膜30としてAg膜、保護層40としてAl2O3膜、TiO2膜の順に6層構成である。保護層40の幾何学的膜厚は、Al2O3膜が〜55nm、TiO2膜が〜60nmであり、下引き層20の各材料の幾何学的膜厚は、基板側10から順に、 TiO2膜が〜60nm、Al2O3膜が〜100nm、TiO2膜が〜60nmであり、銀層30を挟んで略同様の構成とした。この銀表面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0041】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる初期密着テスト、及び温度80、度100時間の高温放置テスト、温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。環境テストの結果、目視では判別できない微少な浮きが発生したが、密着、外観とも実用上全く問題なかった。
【0042】
次に本発明の実施形態との比較例を示す。
【0043】
(比較例1)
実施形態1と同様にして、不透明ポリカーボネート樹脂基板10(黒色成分を含む)を用い、真空蒸着法により銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板10側から下引き層20としてTiO2膜、反射膜30としてAg膜、保護層40としてAl2O3膜、TiO2膜の順に4層構成である。
【0044】
保護層40の幾何学的膜厚は、Al2O3膜が〜55nm、TiO2膜が〜60nmであり、下引き層20の幾何学的膜厚は〜100nmとした。この銀表面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0045】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる成膜後の初期密着テスト、及び温度80度、100時間の高温放置テスト、温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。密着は良好であったが、外観にクモリが発生し実用上不適であった。
【0046】
(比較例2)
比較例1と同様にして、銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板10側から順に、下引き層20としてAl2O3膜、反射膜30としてAg膜、保護層40としてAl2O3膜、TiO2膜の順に4層構成である。
【0047】
保護層の幾何学的膜厚は、Al2O3膜が〜55nm、TiO2膜が〜60nmであり、下引き層20の幾何学的膜厚は〜100nmとした。この銀表面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0048】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる成膜後の初期密着テスト、及び温度80度、100時間の高温放置テスト、温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。外観については、クモリは発生しなかったが、環境テストの結果、目視で判別出来る浮きが発生した。又、密着に関しては、基板10とAl2O3膜間、又はAl2O3膜と銀層30間でハクリが発生するものが有り実用上不適であった。
【0049】
(比較例3)
比較例1と同様にして、銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板10側から順に、下引き層20としてSiOx(1<x<2)膜、TiO2膜、反射膜30としてAg膜、保護層40としてAl2O3膜、TiO2膜の順に5層構成である。
【0050】
保護層40の幾何学的膜厚は、Al2O3膜が〜55nm、TiO2膜が〜60nmであり、下引き層20の幾何学的膜厚は、基板10側から順に〜50nm 、〜100nmとした。この銀表面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0051】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる成膜後の初期密着テスト、及び温度80度、100時間の高温放置テスト、温度60度、湿度90%で1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。外観にクモリが発生したこと、及び密着テストの結果基板とSiOx膜間でハクリが発生するものが有ることから、実用上不適であった。
【0052】
(比較例4)
比較例1と同様にして、銀表面反射鏡を作成した。膜構成は、基板10側から順に、下引き層20として、Al2O3膜、TiO2膜、反射膜30としてAg膜、保護層40としてAl2O3膜、TiO2膜の順に5層構成である。保護層40の幾何学的膜厚は、Al2O3膜が〜55nm、TiO2膜が〜60nmであり、下引き層20の各材料の幾何学的膜厚については、Al2O3膜、TiO2膜とも略同様とした。この銀表面反射鏡の初期反射率は97%以上(550nmの波長)で良好であった。
【0053】
信頼性を評価するのに、テープの引き剥がしによる初期密着テスト、及び80度、100時間の高温放置テスト、60度、90%で1000H(時間)の環境テストを行った。結果を表1に示す。密着テストの結果、基板とAl2O3膜間でハクリが発生するものが有る、又、環境テストの結果、目視で判別出来る浮きが発生したことから、実用上不適であった。
【0054】
【表1】
【0055】
以上の構成を有する反射鏡をテレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の光学系において用いられる光学部材に適用すれば、良好なる光学特性が容易に得られる。
以下、本発明の、各種態様を示す。
【0056】
<態様1> 樹脂基板上に該樹脂基板側から順に、下引き層、反射層、保護層を設けてなる反射鏡において、該反射層はAg膜、該下引き層と保護層は、共に1層以上のTiO2膜と1層以上のAl2O3膜とで形成されており、該下引き層の該樹脂基板に接する膜はTiO2膜であることを特徴とする反射鏡。
【0057】
<態様2> 前記下引き層と保護層は、共にTiO2膜とAl2O3膜の交互層で形成されていることを特徴とする態様1の反射鏡。
【0058】
<態様3> 前記下引き層の前記反射層に接する膜はTiO2膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載の反射鏡。
【0059】
<態様4> 前記下引き層に含まれるAl2O3膜の幾何学的合計膜厚が10nm以上であることを特徴とする態様1〜3のいずれか1態様に記載の反射鏡。
【0060】
<態様5> 前記下引き層に含まれるAl2O3膜の幾何学的合計膜厚が100nm以下であることを特徴とする態様4に記載の反射鏡。
【0061】
<態様6> 前記下引き層の前記樹脂基板に接するTiO2膜の幾何学的膜厚が80nm以下であることを特徴とする態様5に記載の反射鏡。
【0062】
<態様7> 前記保護層は更に、幾何学的膜厚が1〜20nmのSiOx(1<x<2)からなる保護層を有することを特徴とする態様1〜6のいずれか1態様に記載の銀反射鏡。
【0063】
<態様8> 前記下引き層は、前記樹脂基板側から順に、
TiO2膜、Al2O3膜の2層又は、
TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜の3層又は、
TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜の4層又は、
TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO3膜の5層
より成ることを特徴とする態様1に記載の反射鏡。
【0064】
<態様9> 前記保護層は、前記反射層側から順に、
Al2O3膜、TiO2膜の2層又は、
Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜の4層又は、
TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜の3層又は、
TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、Al2O3膜、TiO2膜の5層又は、
Al2O3膜、TiO2膜、SiOx膜(1<x<2)の3層
より成ることを特徴とする態様1又は7の反射鏡。
【0065】
<態様10> 態様1から9のいずれか1態様の反射鏡を有することを特徴とする光学部材。
【0066】
<態様11> 態様10の光学部材を有することを特徴とする光学機器。
【0067】
【発明の効果】
本発明によれば樹脂基板を用い、そこに反射層として銀膜を施すとき高い耐久性と信頼性が容易に得られる反射鏡及びそれを有する光学機器を達成することができる。
【0068】
特に本発明によれば、樹脂基板を用いても反射特性、信頼性に優れた銀反射鏡を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の膜構成模式図
【符号の説明】
10 樹脂基板
20 下引き層
30 銀層
40 保護層
Claims (1)
- 樹脂基板上に該樹脂基板側から順に、下引き層、反射層、保護層を設けてなる反射鏡において、該反射層はAg膜、該下引き層と保護層は、共に1層以上のTiO2膜と1層以上のAl2O3膜とで形成されており、該下引き層の該樹脂基板に接する膜はTiO2膜であることを特徴とする反射鏡。
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