JP2006259711A - 光学用透明部材及びそれを用いた光学系 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材21上に、SiO2を主成分とする膜22、Al2O3を主成分とする膜23およびAl2O3を主成分とする板状結晶から形成されている板状結晶層24を有し、該板状結晶層24の表面は凹凸形状25となっている光学用透明部材及びそれを用いた光学系。板状結晶層のAl2O3を主成分とする板状結晶は、基材の表面に対して平均角度45°以上90°以下の方向に配列している。前記板状結晶層の厚さが、20nm以上1000nm以下である。
【選択図】図1
Description
本発明は、基材上に、SiO2を主成分とする膜、Al2O3を主成分とする膜およびAl2O3を主成分とする板状結晶から形成されている板状結晶層がこの順序で積層されており、該板状結晶層の表面は凹凸形状からなることを特徴とする光学用透明部材である。
前記板状結晶層の厚さが、20nm以上1000nm以下であることが好ましい。
前記SiO2を主成分とする膜の厚みが5nm以上100nm以下、Al2O3を主成分とする膜の厚みが10nm以上120nm以下であることが好ましい。
前記光学系は、撮像光学系、観察光学系、投影光学系または走査光学系であることが好ましい。
図1は本発明の光学用透明部材の一実施態様を示す概略図である。同図1において、本発明の光学用透明部材は、基材21上に、SiO2を主成分とする膜22、Al2O3を主成分とする膜23およびAl2O3を主成分とする板状結晶から形成されている板状結晶層24を有する。該板状結晶層24の表面は凹凸形状25となっている。
S0:測定面が理想的にフラットであるとした時の面積、|XR−XL|×|YT−YB|、
F(X,Y):測定点(X,Y)における高さ、XはX座標、YはY座標、
XL〜XR:測定面のX座標の範囲、
YB〜YT:測定面のY座標の範囲、
Z0:測定面内の平均の高さ。
マグネシウム化合物としてはジメトキシマグネシウム、ジエトキシマグネシウム、ジプロポキシマグネシウム、ジブトキシマグネシウム等のマグネシウムアルコキシド、マグネシウムアセチルアセトネート、塩化マグネシウム等が挙げられる。
走査型電子顕微鏡(FE−SEM、日立製作所製S4500)を用いて被膜の表層表面の写真観察(加速電圧;10.0kV、倍率;3万倍)を行った。走査型プローブ顕微鏡(SPM、DFMモード、セイコ−電子工業製SPI3800)を用いて、JIS B 0601で定義されている中心線平均粗さを面拡張した平均面粗さRa’値と表面積比Srを求めた。
自動光学素子測定装置(ART−25GD、日本分光製)を用い、可視領域から近赤外領域での透過率測定を行った。円盤状ガラス板を使用した。透過率および反射率測定における光の入射角は、それぞれ0°、10°であった。
ジェー・エー・ウーラム・ジャパン株式会社製分光エリプソメータVASEにて、波長380nmから800nmまで測定した。
大きさ約100mm×100mm、厚さ約2mmのクリア・フロートガラス基板(組成はソーダライムシリケート系、屈折率ng=1.52)をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し乾燥した後、コーティング用ガラス基板とした。
次いで、Al(O−sec−Bu)3をIPA中に溶解させ、安定化剤として、EAcAcを添加し、約3時間室温で攪拌した。その後、この溶液に0.01M〔HClaq.〕を添加し、約3時間室温で攪拌することにより、Al2O3ゾル溶液を調製した。ここで溶液のモル比は、Al(O−secBu)3:IPA:EAcAc:HClaq.=1:20:1:1の割合とした。前記塗布基板を該塗布液中に浸漬した後、ディッピング法(2mm/秒の引き上げ速度、20℃、56%R.H.下)で、ガラス基板の表面に塗布膜を形成した。乾燥後、400℃で1時間焼成する熱処理をし、透明なアモルファスAl2O3膜を被膜した。次に、100℃の熱水中に30分間浸漬したのち、100℃で10分間乾燥させた。
この基板について光学性能の耐久性検討の加速試験として60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
大きさ約50mm×50mm、厚さ約1mmのS−TIH53ガラス基板(オハラ社製、屈折率n=1.84)をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し乾燥した後、コーティング用ガラス基板とした。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例2と同様のオハラ社製S−TIH53基板(屈折率nb=1.84)をコーティング用ガラス基板とした。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例2と同様のオハラ社製S−TIH53基板(屈折率nb=1.84)をコーティング用ガラス基板とした。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
大きさ約50mm×50mm、厚さ約1mmのS−TIH1ガラス基板(オハラ社製、屈折率nb=1.71)をコーティング用ガラス基板とした。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例5と同様の基板にオハラ社製S−TIH1基板(屈折率n=1.71)をコーティング用ガラス基板とし、実施例2で用いたSiO2−TiO2塗工液をコート後し、透明なアモルファスSiO2/TiO2膜を被膜した。得られた膜の膜厚、屈折率を測定したところ膜厚は28nm、屈折率はn=1.67であった。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例1で用いたクリア・フロートガラス基板に、マグネトロンスパッタ装置を用いSiO2膜を30nm成膜した。屈折率は1.45であった。次いで実施例1で用いたAl2O3塗布液中に浸漬した後、2mm/秒の引き上げ速度で塗布膜を形成した。乾燥後、400℃で1時間焼成する熱処理をし、透明なアモルファスAl2O3膜を被膜した。次に、100℃の熱水中に30分間浸漬したのち、100℃で10分間乾燥させた。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例1で用いたクリア・フロートガラス基板に、マグネトロンスパッタ装置を用いSiO2膜を30nm成膜した。屈折率は1.45であった。次いでマグネトロンスパッタによりAl金属膜を35nm被膜した。次に、100℃の熱水中に30分間浸漬した。浸漬後数分以内にAlの金属光沢が消え、引き上げ後の表層には透明な膜が残された。その後、100℃で10分間乾燥させた。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例2で用いたTIH53基板に、2元マグネトロンスパッタ装置を用いSiO2のZrO2組成が7:3となる複合透明酸化膜を40nm成膜した。屈折率は1.65であった。次いでAl2O3とZnOを2元スパッタリングで組成が8:2の膜を50nm成膜した。マグネトロンスパッタによりAl金属膜を25nm被膜した。次に、100℃の熱水中に30分間浸漬した。浸漬後数分以内にAlの金属光沢が消え、引き上げ後の表層には透明な膜が残された。その後、100℃で10分間乾燥させた。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例5で用いたTIH01基板に、2元マグネトロンスパッタ装置を用いSiO2のZrO2組成が8:2となる複合透明酸化膜を40nm成膜した。屈折率は1.61であった。次いでAl2O3とZnOを2元スパッタリングで組成が9:1の膜を50nm成膜した。マグネトロンスパッタによりAl金属膜を200nm被膜した。次に、100℃の熱水中に30分間浸漬した。浸漬後数分以内にAlの金属光沢が消え、引き上げ後の表層には透明な膜が残された。その後、100℃で10分間乾燥させた。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例1で用いたクリア・フロートガラス基板に、実施例1で用いたAl2O3ゾル溶液に浸漬した後、ディッピング法(2mm/秒の引き上げ速度、20℃、56%R.H.下)で、ガラス基板の表面に塗布膜を形成した。乾燥後、400℃で1時間焼成し、透明なアモルファスAl2O3膜を被膜した。次に、100℃の熱水中に30分間浸漬したのち、100℃で10分間乾燥させた。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例2で用いたS−TIH53基板(屈折率n=1.84)に、実施例3で用いたAl2O3/TiO2ゾル溶液に浸漬した後、ディッピング法(1mm/秒の引き上げ速度、20℃、56%R.H.下)で、ガラス基板の表面に塗布膜を形成した。乾燥後、400℃で1時間焼成し、透明なアモルファスAl2O3/TiO2膜を被膜した。次に、100℃の熱水中に30分間浸漬したのち、100℃で10分間乾燥させた。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例1で用いたクリア・フロートガラス基板(組成はソーダライムシリケート系、屈折率n=1.52)をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し乾燥した後、コーティング用ガラス基板とした。
次いで、実施例1で用いたAl2O3ゾル溶液に浸漬した後、ディッピング法(2mm/秒の引き上げ速度、20℃、56%R.H.下)で、ガラス基板の表面に塗布膜を形成した。乾燥後、400℃で1時間焼成し、透明なアモルファスAl2O3膜を被膜した。次に、100℃の熱水中に30分間浸漬したのち、100℃で10分間乾燥させた。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
実施例1で用いたクリア・フロートガラス基板に、マグネトロンスパッタによりAl金属膜を25nm被膜した。次に、100℃の熱水中に30分間浸漬した。浸漬後数分以内にAlの金属光沢が消え、引き上げ後の表層には透明な膜が残された。その後、100℃で10分間乾燥させた。
この基板について60℃、湿度90%の高温高湿試験を行い開始時、250時間後、500時間後に透過率の測定を行った。その結果を表1に示す。
〔性能評価〕
作製した透明部材をについて550nmでの透過率を比較すると、実施例1及び実施例7、8と比較例1及び比較例4では初期性能はほぼ同じで高い値を示している。しかし、高温高湿による加速耐久試験ではSiO2を主成分とする膜を有する実施例1及び実施例7、8はほぼ一定の高い値を示すのに対し、膜を有さない比較例1及び比較例4では時間の経過に伴い、著しい性能の低下が見られる。また、高い屈折率を有する基材に対し、実施例2,3,4,5,6及び実施例9,10では初期、加速耐久試験後も高い透過率を示す。それに対し、SiO2を主成分とする膜を有さない比較例2や、SiO2を主成分とする膜ではなく、TiO2を主成分とする膜を下層に有し、nb≧ns≧naの関係が成立していない比較例3では初期から透過率が低い。加速試験の経時に伴い著しい性能低下が認められた。
図4は,本発明の実施例11の光学部材の正面図である。同図において,光学部材1は凹レンズであり、基板2に光学用透明部材3が設けられた構造となっている。
実施例12
図6は、本発明の実施例12の光学部材の正面図である。同図において、光学部材1はプリズムであり、基体2に光学用透明部材3が設けられた構造となっている。
図8は、本発明の実施例13の光学部材の正面図である。同図において、光学部材1はフライアイインテグレータであり、基板2に光学用透明部材3が設けられた構造となっている。
図10は、本発明の実施例14の光学部材の正面図である。同図において、光学部材1はfθレンズであり、基板2に光学用透明部材3が設けられた構造となっている。
本発明の実施例15として、本発明の光学部材を観察光学系に用いた例を示す。図12は、双眼鏡の一対の光学系のうち、一方の断面を示したものである。
本発明の実施例16として、本発明の光学部材を撮像光学系に用いた例を示す。図13は、カメラなどの撮影レンズ(ここでは望遠レンズを示す)の断面を示したものである。
本発明の実施例17として、本発明の光学部材を投影光学系(プロジェクター)に用いた例を示す。図14は、プロジェクター光学系の断面を示したものである。
本発明の実施例18として、本発明の光学部材を走査光学系(レーザービームプリンタ)に用いた例を示す。図15は、走査光学系の断面を示したものである。
2 基板、基体
3 光学用透明部材
4 対物レンズ
5 プリズム
6 接眼レンズ
7 結像面
8 瞳面
9 最も物体側の光学面
10 最も評価面(瞳面もしくは結像面)側の光学面
11 絞り
12 光源
13 フライアイインテグレータ
14 偏光変換素子
15 コンデンサーレンズ
16 ミラー
17 フィールドレンズ
18 プリズム
19 光変調素子
20 投影レンズ
21 基材
22 SiO2を主成分とする薄膜
23 Al2O3を主成分とする薄膜
24 板状結晶層
25 凹凸形状
26 接線
27 板状結晶の傾斜方向
Claims (8)
- 基材上に、SiO2を主成分とする膜、Al2O3を主成分とする膜およびAl2O3を主成分とする板状結晶から形成されている板状結晶層がこの順序で積層されており、該板状結晶層の表面は凹凸形状からなることを特徴とする光学用透明部材。
- 前記板状結晶層のAl2O3を主成分とする板状結晶は、基材の表面に対して平均角度45°以上90°以下の方向に配列していることを特徴とする請求項1に記載の光学用透明部材。
- 前記板状結晶層の厚さが、20nm以上1000nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学用透明部材。
- 前記板状結晶層の表面の凹凸形状が、凹凸表面の中心線平均粗さを面拡張した平均面粗さRa’値が5nm以上100nm以下で、かつ表面積比Sr=S/S0(但し、S0は測定面が理想的にフラットであるときの面積、Sは実際の測定面の表面積を示す。)が1.1以上3.5以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光学用透明部材。
- 前記基材の屈折率nbと、SiO2を主成分とする膜の屈折率nsと、Al2O3を主成分とする膜の屈折率naが、nb≧ns≧naであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光学用透明部材。
- 前記SiO2を主成分とする膜の厚みが5nm以上100nm以下、Al2O3を主成分とする膜の厚みが10nm以上120nm以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光学用透明部材。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の光学用透明部材を有することを特徴とする光学系。
- 前記光学系は撮像光学系、観察光学系、投影光学系、走査光学系の中から選ばれる1であることを特徴とする請求項7に記載の光学系。
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