JP2008158145A

JP2008158145A - 反射防止膜及びその反射防止膜を備えた光学物品

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Publication number: JP2008158145A
Application number: JP2006345368A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Yano; 邦彦矢野
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】可視光線の波長域から赤外線の一部の波長域までの間における反射防止機能を有することにより、赤外線の一部の波長域における過剰な温度上昇を抑制することが可能な反射防止膜、およびその反射防止膜を備えた光学物品を提供する。
【解決手段】反射防止膜１は、ガラス基材２の両面に、ＳｉＯ₂よりなる低屈折率層と、Ｔａ₂Ｏ₅よりなる高屈折率層とが交互に積層された、８層〜２２層の範囲の多層膜よりなり、多層膜の最上層に低屈折率層が形成され、最上層に形成された低屈折率層の光学膜厚は、設計波長をλ＝５５０ｎｍとして、０．２８λ〜０．３５λの範囲であり、かつ最上層に形成される低屈折率層を除く下層の多層膜の光学膜厚が、０．０２λ〜０．２５λの範囲である。このガラス基材２の両面に形成された反射防止膜１は、ランプ装置１００の保護ガラス３０として用いることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、可視光線から赤外線の一部波長域までの光に対して反射防止機能を有する反射防止膜、およびその反射防止膜を備えた光学物品に関する。

レンズなどの光学物品は、一般的に、表面反射の防止を目的に誘電体多層膜よりなる反射防止（ＡＲ：anti-reflective）膜が設けられて使用されている。反射防止膜は、光学物品の多機能化の進展とともに、例えばオートフォーカスを備えたカメラなどに、可視光線からＬＥＤ（Light Emitting Diode）などから発せられる近赤外線の波長域までの光に対して反射防止機能を有する広帯域反射防止膜が設けられるようになってきている。
こうした広帯域反射防止膜として、ガラス基材側から数えて第１，３，５，７層にＴｉＯ₂を、第２，４，６層にＳｉＯ₂を、第８層にＭｇＦ₂を蒸着し、８００ｎｍ〜９００ｎｍの波長における反射率が０．２％以下、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長における反射率が最大０．８％以下になる広帯域反射防止膜が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平２−１２６２０１号公報

こうした可視光線から９００ｎｍ程度の近赤外線の波長域までの反射防止機能を有する従来の広帯域反射防止膜は、これよりもさらに長い波長域においては、反射率が高くなってしまう特性を有する。
近年、例えば、プロジェクタの光源装置などのように、発熱を伴う発光源の近傍に配置される光学物品が数多く用いられている。これら光学物品には、可視光線の波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の反射防止機能の他に、発熱の原因となる赤外線の波長域における過剰な温度上昇を抑制することにより、長寿命化が図られた環境配慮型の光学物品が求められている。

本発明は、こうした事情に鑑みてなされたもので、可視光線の波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）から赤外線の一部の波長域（７００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度）までの間における反射防止機能を有することにより、赤外線の一部の波長域における過剰な温度上昇を抑制することが可能な反射防止膜、およびその反射防止膜を備えた光学物品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の反射防止膜は、透明光学部材上に形成される反射防止膜であって、前記反射防止膜は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された多層膜よりなり、前記多層膜の最上層に前記低屈折率層が形成され、前記最上層に形成される低屈折率層の光学膜厚は、設計波長をλ＝５５０ｎｍとして、０．２８λ〜０．３５λの範囲であり、かつ前記最上層に形成される低屈折率層を除く下層の多層膜の光学膜厚が、０．０２λ〜０．２５λの範囲であることを特徴とする。

本発明によれば、透明光学部材上に低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された多層膜よりなる反射防止膜は、形成された多層膜の最上層に低屈折率層が形成され、その低屈折率層の光学膜厚が、設計波長をλ＝５５０ｎｍとして、０．２８λ〜０．３５λの範囲であり、かつ最上層に形成される低屈折率層を除いた下層の光学膜厚が、０．０２λ〜０．２５λ程度の範囲であることにより、波長が４００ｎｍ〜３０００ｎｍの可視光の波長域を含む一部の赤外光の波長域における低反射率を備えた優れた反射防止特性を得ることができる。

本発明に係る反射防止膜において、前記反射防止膜は、前記低屈折率層が二酸化珪素（ＳｉＯ₂）層よりなり、前記高屈折率層が酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）層、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）層、五酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）層、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）層のうちのいずれかよりなり、８層〜２２層の多層膜であるのが好ましい。
これによれば、透明光学部材上に低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された多層膜よりなる反射防止膜は、低屈折率層が二酸化珪素（ＳｉＯ₂）層よりなり、高屈折率層が酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）層、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）層、五酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）層、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）層のうちのいずれかよりなる、８層〜２２層の多層膜であることにより、波長が４００ｎｍ〜３０００ｎｍの可視光の波長域を含む一部の赤外光の波長域における低反射率を備えた優れた反射防止特性を得ることができる。

本発明に係る光学物品は、石英ガラス、酸化ホウ素を含む珪ホウ酸ガラスまたは結晶核形成剤を含む耐熱結晶化ガラスよりなる透明光学部材上に、上述したような反射防止膜が形成されたことを特徴とする。

これによれば、石英ガラス、酸化ホウ素を含む珪ホウ酸ガラスまたは結晶核形成剤を含む耐熱結晶化ガラスよりなる透明光学部材上に、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された８層〜２２層の多層膜よりなり、多層膜の最上層に低屈折率層が形成され、その低屈折率層の光学膜厚が、設計波長をλ＝５５０ｎｍとして、０．２８λ〜０．３５λの範囲であり、かつ最上層に形成された低屈折率層を除いた下層の光学膜厚が、０．０２λ〜０．２５λ程度の範囲である反射防止膜が形成された光学物品は、可視光線の波長域の反射防止機能の他に、発熱を伴う発光源などの近傍に配置されても、発熱の原因となる一部の赤外線の波長域の赤外光による過剰な温度上昇を抑制することができる。例えば、光学物品がプロジェクタの光源装置などの発光管あるいは保護ガラスの場合に、光源装置内部の異常な温度上昇を防ぎ、発光管の黒化や失透、あるいは破壊することを抑制した長寿命化を可能とする環境配慮型の光源装置を得ることができる。

本発明に係る光学物品において、前記光学物品は、少なくとも４００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲の可視光線を含む赤外線の波長域において用いられるのが好ましい。
これによれば、少なくとも４００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲の可視光線を含む赤外線の波長域において用いられる光学物品は、光学物品に上述したような反射防止膜が形成されていることにより、可視光線の波長域の反射防止機能に加えて、発熱の原因となる一部の赤外線の波長域の赤外光による過剰な温度上昇を抑制することができる。

以下、本発明における実施形態を説明する。
なお、本発明の反射防止膜は、可視光線の波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）から赤外線の一部の波長域（７００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度）までの間における反射防止機能を有し、可視光の反射を防止するとともに、赤外光による過剰な温度上昇を抑制することが可能な多層膜である。したがって、本発明の反射防止膜は、可視光および赤外光に曝され、高温になる透明光学部材に設けられ、例えば、発熱を伴う発光源の近傍に配置される光学物品などに好ましく用いることができる。

図１は、本発明の反射防止膜の膜構成を示す断面模式図である。
図１において、反射防止膜１は、光を透過する透明光学部材としてのガラス基材２の一方の面上に、ガラス基材２の表面から順に、高屈折率層と低屈折率層との誘電体多層膜が交互に積層されて、第１層〜第Ｎ層の多層膜が形成されている。

形成される多層膜の層数、すなわちＮ層の値は、８層〜２２層の範囲に形成される。よって、最上層には低屈折率層が形成される。
形成される多層膜の層数が８層未満の場合には、目的とする光学特性（反射率）が得られない。また、２２層を超える場合には、多くの成膜時間や成膜工数を費やしても光学特性の向上がみられない。

高屈折率層および低屈折率層を形成する膜材料には耐熱性に優れたものが用いられる。高屈折率材料としては、酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、五酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）のうちのいずれか一つを選択することができる。低屈折率材料としては、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を好ましく用いることができる。

また、反射防止膜１は、最上層に形成される低屈折率層の光学膜厚（（屈折率：ｎ）×（物理膜厚：ｄ））の値が、設計波長をλ＝５５０ｎｍとして、０．２８λ〜０．３５λ程度の範囲である。さらに、低屈折率層よりなる最上層の下層に形成される高屈折率層および低屈折率層の光学膜厚ｎｄの値は、設計波長をλ＝５５０ｎｍとして、０．０２λ〜０．２５λ程度の範囲の薄い層である。光学膜厚の値が０．０２λ未満の場合には、光学特性への影響が著しく低下するとともに、反射防止膜１が成膜されるガラス基材または既成膜層の表面に均一に成膜することも困難となる。

反射防止膜１の成膜には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理蒸着法（ＰＶＤ法）、あるいは化学蒸着法（ＣＶＤ法）などを採用することができる。

高屈折率層および低屈折率層をスパッタリング法により成膜する場合は、例えば、マグネトロンスパッタリング装置内に２Ｐａ〜５Ｐａ程度の圧力のアルゴンを導入し、電界で加速したアルゴンイオンを成膜される膜材料のターゲットに照射して行われる。
なお、膜構成の詳細は、後述する実施例において説明する。

ガラス基材２は、それぞれの光学物品を構成する基材であり、耐熱性に優れた石英ガラス、酸化ホウ素を含む硼硅酸ガラスまたは結晶核形成剤を含む耐熱結晶化ガラスなどの耐熱ガラスが用いられる。これらの耐熱ガラスの反射率はいずれも３．５％程度である。

酸化ホウ素を含む硼硅酸ガラスは、一般にパイレックス（登録商標）と呼ばれる耐熱ガラスが挙げられる。パイレックス（登録商標）は、アルカリ含有量が少なく、線膨張係数を低減するために酸化ホウ素が添加され、５００℃程度の使用温度に耐える優れた耐熱性を備えている。また、結晶核形成剤を含む耐熱結晶化ガラスは、一般にネオセラム（登録商標）と呼ばれる耐熱ガラスが挙げられる。ネオセラム（登録商標）は、ジルコニアなどの結晶核形成剤を含む特殊組成のガラスを溶解、成形したのちに熱処理をし、極めて低熱膨張係数の微細結晶を析出させて、７００℃程度の使用温度に耐える非常に優れた耐熱性を備えている。

以上に述べたようなガラス基材２を含む反射防止膜１は、例えば、データプロジェクタやプロジェクションテレビなどの投射型映像装置に配設されたランプ装置のように、発熱を伴う発光源の近傍に配置され、可視光および赤外光に曝される光学物品に応用することにより、可視光の反射防止を図るとともに、発熱の原因となる赤外線の波長域における過剰な温度上昇を抑制することが可能である。
以下、実施形態に係る反射防止膜１を応用したランプ装置１００について説明する。図２は、ランプ装置１００の概略構成を示す断面図である。

ランプ装置１００はＡＣ型の放電ランプであり、発光管１０と、反射鏡２０と、保護ガラス３０を備えている。
発光管１０は、高圧水銀ランプであり、石英ガラスなどによって形成され、楕円球状のバルブ部１１と、バルブ部１１の両側にバルブ部１１から連続して形成された一対の封止部１３ａ，１３ｂとを有する。バルブ部１１は、楕円球状の放電空間部を有し、内部には水銀、アルゴンガスなどの希ガスおよび少量のハロゲンなどが封入され、放電用電極１２ａ，１２ｂが封入されている。

封止部１３ａ，１３ｂには、放電用電極１２ａ，１２ｂが先端に形成されたタングステンなどからなる電極軸１２Ａ，１２Ｂと、電極軸１２Ａ，１２Ｂに導通する導体であるモリブデンなどからなる金属箔１４ａ，１４ｂが密封され、金属箔１４ａ，１４ｂからは電力供給用リード（線または端子）１５ａ，１５ｂが、封止部１３ａ，１３ｂの各終端面から引き出されている。また、封止部１３ａの端部には、漏光の防止などを目的に口金１６が設けられている。

このように構成された発光管（高圧水銀ランプ）１０は、放電用電極１２ａ，１２ｂ間にアーク放電を起こすことによってバルブ部１１の内部に封入された水銀が発光する。この水銀の発光の際に、バルブ部１１内部の温度上昇に伴って封入された水銀蒸気圧が上昇し、平衡状態においてバルブ部１１の内部は、１５０気圧〜２００気圧程度に達する。

こうした発光管１０は、バルブ部１１内部の高い水銀蒸気圧により、アーク領域の広がりを抑えて点光源化を図るとともに、光出力を向上することができるが、点灯時間の経過とともに、熱蒸発した電極軸１２Ａ，１２Ｂを形成するタングステンなどが発光管１０内面に付着（黒化）したり、石英ガラスが結晶化（失透）して、ランプ寿命の末期には照度が低下したり、バルブ部１１にクラックなどの破損が生じ、場合によっては破壊することがある。

反射鏡２０は、回転放物面状や回転楕円面状に形成された凹面状の反射面２１Ａを有する反射基部２１と、発光管１０の一方の封止部１３ａを挿入して固定するための筒部２２を備える。
筒部２２は反射面２１Ａおよび反射基部２１の中心から反射面２１Ａの反対側に延長された筒状体であり、その内側に反射面２１Ａの回転中心と同軸の貫通孔２２Ａを有している。反射基部２１と筒部２２は、通常、耐熱ガラスによって一体的に漏斗状に形成されている。

こうした反射鏡２０の筒部２２の貫通孔２２Ａに、発光管１０のバルブ部１１の封止部１３ａが、反射鏡２０の反射面２１Ａ側から挿入されて、接着剤４０により固着されている。固着する接着剤４０としては、シリカ系やアルミナ系の無機接着剤が用いられる。

保護ガラス３０は、例えば、パイレックス（登録商標）からなるガラス基材２の両面上に上述した反射防止膜１が設けられて、反射鏡２０の前面開口部に固着されている。この保護ガラス３０は、発光管１０が破壊した場合に、そのガラス破片や封入されている水銀を、ランプ装置１００内に留め、外に飛散するのを防ぐとともに、発光管１０から射出される発熱の原因となる一部の赤外線の波長域の赤外光を低反射率（高透過率）で透過し、ランプ装置１００内部の過剰な温度上昇を抑制する機能を有する。

このように構成されたランプ装置１００は、発光管１０の放電用電極１２ａと放電用電極１２ｂとの間にアーク放電を起こし発光させると、バルブ部１１から光を射出する。バルブ部１１から射出された射出光は、反射鏡２０で反射されて反射鏡２０の前面開口部に固着された保護ガラス３０の方に向かう。なお、ランプ装置１００の点灯中における発光管１０の表面温度は、電力により異なるが５００℃〜１０００℃程度に達する。また、ランプ装置１００の点灯中における保護ガラス３０の表面温度は、３００℃〜４００℃程度である。

保護ガラス３０では、ガラス基材２の両面上に設けられた反射防止膜１において、発光管１０のバルブ部１１から射出された可視光線の波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）から赤外線の一部の波長域（７００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度）までの間における反射防止機能により、可視光および赤外線を低反射率（高透過率）で透過し、発光管１０を含むランプ装置１００全体の過剰な温度上昇を抑制することができる。

次に、本実施形態に基づく反射防止膜の膜構成の実施例および比較例を説明する。
以下に説明する実施例および比較例は、いずれも、上記したランプ装置１００を構成する保護ガラス３０のパイレックス（登録商標）（屈折率：１．４７）よりなるガラス基材２の両面に、高屈折率層を形成する高屈折率材料としてＴａ₂Ｏ₅（屈折率：２．１５）、低屈折率層を形成する低屈折率材料としてＳｉＯ₂（屈折率：１．４６）を用いて反射防止膜を形成した。反射防止膜の形成方法は、いずれも上記実施形態において説明した方法により行った。したがって、以下の実施例および比較例は、ガラス基材２の表面に形成された反射防止膜の膜構成のみ、具体的に説明する。

（実施例１）
ガラス基材２上に、第１層として、Ｔａ₂Ｏ₅よりなる高屈折率層が成膜され、第１層の上面に第２層としてＳｉＯ₂よりなる低屈折率層が成膜される。以降、Ｔａ₂Ｏ₅よりなる高屈折率層とＳｉＯ₂よりなる低屈折率層とが順次、交互に積層され、８層の誘電体多層膜からなる反射防止膜を形成した。したがって、最上層の第８層には、ＳｉＯ₂よりなる低屈折率層が形成される。以後、形成された多層膜を反射防止膜５１と示す。
形成された反射防止膜５１の膜構成とその光学膜厚ｎｄを、表１に示す。なお、設計波長λは５５０ｎｍであり、以後に示す実施例および比較例においても同様である。

表１において、最上層（第８層）に形成されたＳｉＯ₂よりなる低屈折率層の光学膜厚ｎｄは、０．３０５λである。また、その下層の第１層〜第７層に形成された高屈折率層および低屈折率層の光学膜厚ｎｄは、それぞれ０．２４７λ以下の薄い層で構成されている。

（実施例２）
ガラス基材２上に、第１層として、Ｔａ₂Ｏ₅よりなる高屈折率層が成膜され、第１層の上面に第２層としてＳｉＯ₂よりなる低屈折率層が成膜される。以降、Ｔａ₂Ｏ₅よりなる高屈折率層とＳｉＯ₂よりなる低屈折率層とが順次、交互に積層され、１６層の誘電体多層膜からなる反射防止膜を形成した。したがって、最上層の第１６層には、ＳｉＯ₂よりなる低屈折率層が形成される。以後、形成された多層膜を反射防止膜５２と示す。
形成された反射防止膜５２の膜構成とその光学膜厚ｎｄを、表２に示す。

表２において、最上層（第１６層）に形成されたＳｉＯ₂よりなる低屈折率層の光学膜厚ｎｄは、０．３５０λである。また、その下層の第１層〜第１５層に形成された高屈折率層および低屈折率層の光学膜厚ｎｄは、それぞれ０．０２λ〜０．２５λの範囲の薄い層で構成されている。

（実施例３）
ガラス基材２上に、第１層として、Ｔａ₂Ｏ₅よりなる高屈折率層が成膜され、第１層の上面に第２層としてＳｉＯ₂よりなる低屈折率層が成膜される。以降、Ｔａ₂Ｏ₅よりなる高屈折率層とＳｉＯ₂よりなる低屈折率層とが順次、交互に積層され、２２層の誘電体多層膜からなる反射防止膜を形成した。したがって、最上層の第２２層には、ＳｉＯ₂よりなる低屈折率層が形成される。以後、形成された多層膜を反射防止膜５３と示す。
形成された反射防止膜５３の膜構成とその光学膜厚ｎｄを、表３に示す。

表３において、最上層（第２２層）に形成されたＳｉＯ₂よりなる低屈折率層の光学膜厚ｎｄは、０．３３１λである。また、その下層の第１層〜第２１層に形成された高屈折率層および低屈折率層の光学膜厚ｎｄは、それぞれ０．２５０λ以下の薄い層で構成されている。

（比較例１）
比較例１は、従来より一般的に用いられている４層よりなる反射防止膜である。ガラス基材２上に、第１層として、Ｔａ₂Ｏ₅よりなる高屈折率層が成膜し、第１層の上面に第２層としてＳｉＯ₂よりなる低屈折率層を成膜し、さらにＴａ₂Ｏ₅よりなる第３層、ＳｉＯ₂よりなる第４層の多層膜である。以後、形成された多層膜を反射防止膜５４と示す。
形成された反射防止膜５４の膜構成とその光学膜厚ｎｄを、表４に示す。

表４において、最上層（第４層）に形成されたＳｉＯ₂よりなる低屈折率層の光学膜厚ｎｄは、０．２４２λであり、その下層に形成された多層膜のうち、第３層における光学膜厚ｎｄは、０．５０３λの多少厚めの層で構成されている。

以上の実施例１〜３および比較例１において得られた反射防止膜５１〜５４の反射防止性能の確認を行った。
反射防止性能の確認は、保護ガラス３０に形成された各反射防止膜の分光反射率の測定を行った。あわせて、それぞれの反射防止膜が形成された保護ガラス３０が組み込まれたランプ装置１００と、保護ガラス３０が組み込まれない状態のランプ装置１００との点灯状態における発光管１０の表面温度の上昇具合の確認を行った。反射防止膜の分光反射率特性の確認には分光反射率計を用い、発光管１０の表面温度の確認には放射温度計を用いて行った。

なお、保護ガラス３０に形成された反射防止膜の可視光の波長域における平均反射率は、概ね１％以下、赤外光の波長域における平均反射率は概ね１０％以下が好ましい。また、赤外光の波長域におけるより好ましい平均反射率は、ガラス基材２の反射率程度（３．５％程度）である。

図３は、実施例１〜３および比較例１における反射防止膜の分光反射率特性を示すグラフであり、グラフの横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）を示す。
図３中に示す曲線Ａは、反射防止膜５１（実施例１）の分光反射率を示し、曲線Ｂは反射防止膜５２（実施例２）、曲線Ｃは反射防止膜５３（実施例３）、曲線Ｄは反射防止膜５４（比較例１）の分光反射率スペクトルを示す。

なお、分光反射率特性は、４００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲の可視光から一部の赤外光の間の波長域について行った。測定範囲を３０００ｎｍまでとしたのは、パイレックス（登録商標）あるいは石英ガラスなどの耐熱ガラスが、透過する光に対して透明な状態を保持できる波長範囲が２７００ｎｍ〜３５００ｎｍ程度迄であり、それよりも長い波長に対しては吸収率が大きくなり、発熱で不透過な状態になり、本来のランプ機能を発揮することができないためである。

図３において、曲線Ａに示す反射防止膜５１は、可視光の波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における平均反射率は略１％以下であり、赤外光の波長域（７００ｎｍ〜３０００ｎｍ）における最大反射率は８％以下（７．３％）であり、平均反射率は６．４％程度である。
また、保護ガラス３０が組み込まれたランプ装置１００の発光管１０の表面温度は、保護ガラス３０での熱線（赤外線）の反射により、保護ガラス３０が無い状態と比較して、５０℃程度、上昇した。

曲線Ｂに示す反射防止膜５２は、可視光の波長域における平均反射率は略１％であり、赤外光の波長域における最大反射率は７％以下（６．８％）であり、平均反射率は３．４％程度である。また、発光管１０の表面温度の温度上昇は、３０℃程度であった。
曲線Ｃに示す反射防止膜５３は、可視光の波長域における平均反射率は略１％であり、赤外光の波長域における最大反射率は７％以下（６．２％）であり、平均反射率は３．３％程度である。また、発光管１０の表面温度の温度上昇は、２５℃程度であった。

曲線Ｄに示す反射防止膜５４（比較例１）は、可視光の波長域における平均反射率は略０．５％以下と良好であるが、赤外光の波長域における最大反射率は１９％以上（１９．４％）であり、平均反射率は１５％程度である。また、発光管１０の表面温度の温度上昇は、１００℃程度であった。
また、実施例１〜３に示す反射防止膜５１〜５３は、ＳｉＯ₂よりなる最上層の下層に形成された高屈折率層および低屈折率層の光学膜厚ｎｄの値は、０．０２λ〜０．２５λ程度の範囲の薄い層である。

次に、反射防止膜１の最上層に形成されるＳｉＯ₂よりなる低屈折率層の光学膜厚ｎｄの下限値の確認を行った。
試料として、実施例１に示した８層よりなる反射防止膜５１を比較対照として、以下に示す３種類の試料を作成し、各反射防止膜の分光反射率特性を確認した。

３種類の試料は、いずれも実施例１における反射防止膜５１と同様に、パイレックス（登録商標）よりなるガラス基材２の両面に、第１層として、Ｔａ₂Ｏ₅よりなる高屈折率層を成膜し、以降、ＳｉＯ₂よりなる低屈折率層とＴａ₂Ｏ₅よりなる高屈折率層とを順次、交互に積層して、最上層にＳｉＯ₂の低屈折率層よりなる８層の反射防止膜を形成した。

また、３種類の試料の最上層に形成されたＳｉＯ₂の低屈折率層の光学膜厚ｎｄは、設計波長λを５５０ｎｍとして、０．２８０λ、０．２５０λ、０．２００λの３種類の反射防止膜を施した。
光学膜厚ｎｄが０．２８０λのＳｉＯ₂の低屈折率層が最上層に形成された反射防止膜５５の膜構成とその光学膜厚ｎｄを、表５に示す。

同様に、光学膜厚ｎｄが０．２５０λのＳｉＯ₂の低屈折率層が最上層に形成された反射防止膜５６の膜構成とその光学膜厚ｎｄを表６に示し、光学膜厚ｎｄが０．２００λのＳｉＯ₂の低屈折率層が最上層に形成された反射防止膜５７の膜構成とその光学膜厚ｎｄを表７に示す。

そしてガラス基材２上に形成された反射防止膜５５，５６，５７の分光反射率を、分光反射率計を用いて測定した。

図４は、最上層に形成された低屈折率層の光学膜厚が異なる反射防止膜の分光反射率特性を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）を示す。
図４中に示す曲線ａは、実施例１における反射防止膜５１の分光反射率を示し、図３中に示す曲線Ａと同じである。曲線ｂは反射防止膜５５（最上層に形成されたＳｉＯ₂の光学膜厚ｎｄが０．２８０λ）、曲線ｃは反射防止膜５６（０．２５０λ）、曲線ｄは反射防止膜５７（０．２００λ）の分光反射率スペクトルを示す。

図４において、曲線ｂに示す最上層に形成されたＳｉＯ₂の光学膜厚ｎｄが０．２８０λよりなる反射防止膜５５は、実施例１における反射防止膜５１に比較して、赤外光の波長域における最大反射率は、略１％程度高いが、前記ランプ装置１００などに用いる場合には問題とならない範囲である。

曲線ｃに示すＳｉＯ₂の光学膜厚ｎｄが０．２５０λよりなる反射防止膜５６については、可視光の波長域における反射率は極めて低いが、赤外光の波長域における最大反射率は１０％以上である。
曲線ｄに示すＳｉＯ₂の光学膜厚ｎｄが０．２００λよりなる反射防止膜５７については、赤外光の波長域における最大反射率は９％程度であるが、可視光の波長域における反射率が高く、反射防止膜としての性能が著しく劣る。

なお、反射防止膜１の最上層に形成されるＳｉＯ₂よりなる低屈折率層の光学膜厚ｎｄの下限値の確認は、試料として、実施例１に示した８層よりなる反射防止膜５１を比較対照とした場合についてのみ説明したが、実施例２に示した第１６層よりなる反射防止膜５２、および実施例３に示した第２２層よりなる反射防止膜５３の場合であっても、説明は省略するが、ほぼ同様の結果が得られた。

以上の実施例および比較例、ならびに反射防止膜１の最上層に形成されるＳｉＯ₂よりなる光学膜厚ｎｄの下限値の確認結果から、ガラス基材２上に低屈折率層（ＳｉＯ₂層）と高屈折率層（Ｔａ₂Ｏ₅）とが交互に積層された多層膜よりなる反射防止膜１は、最上層に低屈折率層が形成された８層〜２２層（実施例１〜実施例３）の範囲の多層膜よりなり、最上層に形成された低屈折率層の光学膜厚ｎｄが、設計波長をλ＝５５０ｎｍとして、０．２８λ（反射防止膜５５）〜０．３５λ（反射防止膜５２）の範囲であり、かつ最上層を除いた下層の光学膜厚ｎｄが、０．０２λ〜０．２５λ程度の範囲の薄い層であることにより、可視光の波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における平均反射率が略１％、赤外光の波長域（７００ｎｍ〜３０００ｎｍ）における平均反射率は６．４％程度の反射防止特性が得られる。そのうち特に、２２層の多層膜より形成される反射防止膜５３（実施例３）は、可視光の波長域における平均反射率が略１％、赤外光の波長域における最大反射率が７％以下（平均反射率が３．３％程度）の低反射率を備えた優れた反射防止特性を得ることができる。

また、こうした反射防止膜１を施した保護ガラス３０をランプ装置１００に用いた場合には、保護ガラス３０での優れた反射防止機能により発光管１０から射出される熱線（赤外線）を低反射率（高透過率）で透過することで、ランプ装置１００内部の異常な温度上昇を防ぎ、発光管１０の表面温度の上昇を５０℃程度以下に抑え、発光管１０の黒化や失透、あるいは破壊することを抑制し、長寿命化が図られた環境配慮型のランプ装置１００を得ることができる。また、反射防止膜１が形成された保護ガラス３０を用いたランプ装置１００は、反射防止膜１に代えて保護ガラス面に赤外光を吸収する材料よりなるフィルタなどを用いた場合に比べて、フィルタの熱線（赤外線）吸収による温度上昇が少なく、保護ガラスの熱損傷が生じにくい効果も有する。

以上に説明した本実施形態において、反射防止膜１をランプ装置１００の保護ガラス３０に用いた場合で説明したが、発光管１０（バルブ部１１および封止部１３ａ，１３ｂ、図２参照）の表面に形成して用いることができる。反射防止膜１を光を射出する発光管１０の表面に直接施すことにより、ランプ装置１００内部の異常な温度上昇を効率的に抑え、発光管１０の黒化や失透、あるいは破壊をより抑制することが可能となる。発光管１０の表面への反射防止膜１の成膜方法は、成膜装置内に発光管１０の長手方向をターゲットに対向配置して、例えば串焼きのように発光管１０を所定の速度で回転させてながら行うことができる。

なお、発光管１０は高圧水銀ランプに限定されず、他のランプ、例えばメタルハライドランプやキセノンランプなどの場合であってもよい。また、反射防止膜１は、ランプ装置１００の保護ガラス３０や発光管１０の他に、ランプ装置１００の近傍に配置して用いられる集光用のインテグレータレンズなどにも適用することができる。

また、本実施形態において、高屈折率層を形成する材料に、酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いた場合で説明したが、酸化タンタルに代えて二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、五酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）のうちのいずれかの材料を用いてもよい。その場合であっても、同様の反射防止特性が得られる。
また、反射防止膜１は、ランプ装置１００の保護ガラス３０のガラス基材２の両面に形成された場合で説明したが、ガラス基材２の一方の面に形成された場合あっても良い。その場合には発光管１０側の面、すなわちランプ装置１００の内面側の面に形成されるのが好ましい。

本発明の反射防止膜の膜構成を示す断面模式図。本発明に係る反射防止膜を応用したランプ装置の概略構成を示す断面図。実施例および比較例における反射防止膜の分光反射率特性を示すグラフ。最上層に形成された低屈折率層の光学膜厚が異なる反射防止膜の分光反射率特性を示すグラフ。

符号の説明

１…反射防止膜、２…ガラス基材、１０…発光管、３０…保護ガラス、１００…ランプ装置。

Claims

透明光学部材上に形成される反射防止膜であって、
前記反射防止膜は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された多層膜よりなり、
前記多層膜の最上層に前記低屈折率層が形成され、
前記最上層に形成される低屈折率層の光学膜厚は、設計波長をλ＝５５０ｎｍとして、０．２８λ〜０．３５λの範囲であり、かつ前記最上層に形成される低屈折率層を除く下層の多層膜の光学膜厚が、０．０２λ〜０．２５λの範囲であることを特徴とする反射防止膜。
請求項１に記載の反射防止膜において、
前記反射防止膜は、前記低屈折率層が二酸化珪素（ＳｉＯ₂）層よりなり、前記高屈折率層が酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）層、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）層、五酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）層、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）層のうちのいずれかよりなり、
８層〜２２層の範囲の多層膜であることを特徴とする反射防止膜。
石英ガラス、酸化ホウ素を含む珪ホウ酸ガラスまたは結晶核形成剤を含む耐熱結晶化ガラスよりなる透明光学部材上に、
請求項１または２に記載の反射防止膜が形成されたことを特徴とする光学物品。
請求項３に記載の光学物品において、
前記光学物品は、少なくとも４００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲の可視光線を含む赤外線の波長域において用いられることを特徴とする光学物品。