JP2008164678A - 反射鏡 - Google Patents

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Abstract

【課題】高温環境下及び高温高湿環境下でも基板への膜密着性、擦傷性等の機械的強度が良好である反射鏡を提供する。
【解決手段】二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物からなる密着層Cを基板Sとアルミニウム反射層Aの間に形成し、アルミニウム反射層A上に二酸化珪素を含む低屈折率層と酸化チタンと酸化ランタンの化合物からなる高屈折率層とを積層した誘電体層Dを形成した構成である。
【選択図】図1

Description

本発明は、カメラやプロジェクター等の光学機器の光路中に配置される反射鏡に関し、特にプロジェクター等の高温環境下で使用される機器に好適な反射鏡に関する。
光学機器に使用される反射鏡の反射材料としてアルミニウムが使用されている。しかし、アルミニウムを使用する場合、単層膜では機械的強度、膜密着性、耐湿性等で劣るという問題があり、アルミニウムの反射層上に保護層を有する多層膜を構成し、機械的強度、膜密着性、耐湿性を付与することが知られている。例えば特許文献1では、基板上に酸化クロム等の酸化物下地層を形成し、その上にアルミニウムの反射層を形成し、さらにその反射層上に酸化アルミニウムの保護層を有する構成にして、基板とアルミニウム反射層との膜密着力と耐湿性を向上させている技術が開示されている。
特開平3−239201号公報(特許請求の範囲)
しかしながら、上述した従来技術では、光源を備えるプロジェクター等の高温になる環境下で光学系の光路に反射鏡を使用すると、基板とアルミニウム反射層との剥離、水分の付着による白濁という不都合があった。本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明は、高温環境下並びに高温高湿環境下でも基板への膜密着性、耐擦傷性等の機械的強度が良好である反射鏡を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、基板と、前記基板上に形成され二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物からなる密着層と、前記密着層上に形成されたアルミニウムからなる反射層と、前記反射層上に二酸化珪素を含む低屈折率層と酸化チタンと酸化ランタンの混合物からなる高屈折率層とを積層した誘電体層と、を有することを特徴としている。この構成によると、基板とアルミニウム反射層との間に二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物からなる密着層を形成すると密着性が高くなり、アルミニウム反射層上に二酸化珪素を含む低屈折率層と酸化チタンと酸化ランタンの混合物からなる高屈折率層を積層すると、高温多湿の環境下で膜密着性と耐擦傷性を備える。
本発明によると、二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物からなる密着層を基板とアルミニウム反射層の間に形成し、アルミニウム反射層上に二酸化珪素を含む低屈折率層と酸化チタンと酸化ランタンの混合物からなる高屈折率層とを積層した誘電体層を形成した反射鏡であるので、高温多湿の環境下でも膜密着性、耐擦傷性を良好することができる。
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。本発明の実施形態は発明の最も好ましい形態を示すものであり、また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態を示す反射鏡の構成を示す概略図である。図1における反射鏡は、合成樹脂からなる基板S上に、二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物からなる密着層C、アルミニウムからなる反射層A、二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物からなる第1低屈折率層1、酸化チタンと酸化ランタンの化合物からなる第1高屈折率層2とを順次積層した誘電体層Dを有する。
基板Sは、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂及びノルボルネン樹脂のいずれかの合成樹脂である。
密着層Cは、二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物で構成し、基板Sとアルミニウム反射層Aとの密着性を確保している。その混合物に占める酸化アルミニウムのモル比が3〜10%であると、高温多湿の環境下でも反射層Aの密着性を確保することができ、そのモル比が3%を下回ると、湿度に対して耐久性が低下しまた反射層Aが剥離しやすくなり、そのモル比が10%を超えると、剥離をしやすくまた反射層Aが水分の付着により白濁する。
反射層Aは、アルミニウムで構成され、その膜厚としては40〜200nmが適当であり、40nmを下回ると可視光域で十分な反射率を得ることができず、200nmを超えると膜応力によりピンホールが発生する。より好ましくは、40〜100nmである。反射層Aの好ましい厚さは以下の実施形態に対しても共通である。
誘電体層Dは、第1低屈折率層1と第1高屈折率層2の2層で構成され、アルミニウムの反射層Aの反射率を向上させる。第1低屈折率層1が二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物からなり、第1高屈折率層2が酸化チタンと酸化ランタンの化合物から形成されることにより、外部からの水分が反射層Aに到達することを防止することができ、また膜硬さを向上させて表面への傷のつきやすさを抑制することができる。好ましくは、第1低屈折率層1の混合物に占める酸化アルミニウムのモル比が3〜10%であり、第1高屈折率層2の化合物に占めるランタンとチタンのモル比が1:1でありLa2Ti2x(x=6.3−6.7)で表される化合物である。なお、第1低屈折率層1は二酸化珪素のみで形成しても良い。
本反射鏡の光学膜厚は、密着層Cが0.16〜4、誘電体層Dの第1低屈折率層1が0.16〜2、第1高屈折率層2が0.16〜2である。なお、光学膜厚は4nd/λに対するものであり、nは屈折率、dは膜厚、λは基準波長550nmである。密着層Cの光学膜厚が0.16を下回ると十分な密着性が得られず、また密着層Cの膜厚が不均一になり、その上に形成する反射層Aの平面性が低下し、密着層Cが4を超えると膜応力が大きくなって高温の環境下では膜にクラックが発生し、また成膜に長時間を要し生産性が低下する。第1低屈折率層1と第1高屈折率層2の光学膜厚が規定の数値範囲にあると高い反射率を得ることができるとともに、第1低屈折率層1の光学膜厚が0.16を下回ると膜厚が不均一になり、第1低屈折率層1の光学膜厚が2を超えると高温の環境下で表面にクラックが発生する。第1高屈折率層2の光学膜厚が0.16を下回ると膜厚が不均一になり、第1高屈折率層2の光学膜厚が2を超えると高温の環境下で表面にクラックが発生する。より好ましい光学膜厚は、密着層Cが0.6〜1.4、第1低屈折率層1が0.6〜1.4、第1高屈折率層2が0.6〜1.4である。
本反射鏡の製造方法としては、真空槽内に基板Sを用意し、この基板S上に電子ビーム蒸着により二酸化珪素と酸化アルミニウムを密着層Cとして形成する。さらに抵抗加熱蒸着により反射層Aであるアルミニウムを形成した後、電子ビーム蒸着により二酸化珪素と酸化アルミニウムを第1低屈折率層1として形成し、次に酸化チタンと酸化ランタンの第1高屈折率層2を積層する。成膜方法としては、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着以外でもよく、例えばスパッタリング等を適用してもよい。また、真空槽内にイオン源からイオンを供給するイオンアシスト蒸着、真空槽内をプラズマ雰囲気にして成膜するプラズマプロセスにより成膜しても良い。イオンアシスト蒸着やプラズマプロセスにより、より緻密な膜が形成され、信頼性の向上が見込まれる。
(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態を示す反射鏡の構成を示す概略図である。第1実施形態と異なる誘電体層Dについて説明し、以降、第1実施形態と同じ部分の説明を省略する。
誘電体層Dは、第1低屈折率層1と第1高屈折率層2で構成される第1実施形態の第1高屈折率層2上に積層した第2低屈折率層3を有し、第2低屈折率層3が最上層である。
第2低屈折率層3は、二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物からなり、その混合物に占める酸化アルミニウムのモル比が3〜10%である。光学膜厚が0.11〜3であり、光学膜厚が0.11以上であると、溶剤に対する耐久性を向上させ一層表面に傷がつきにくくなり、光学膜厚が3を超えると高温環境下でクラックが発生しやすくなる。なお、第2低屈折率層3は二酸化珪素のみで形成しても良い。より好ましい光学膜厚は、0.16〜0.5である。なお、密着層C、第1低屈折率層1及び第1高屈折率層2の光学膜厚は、第1実施形態と同様に、密着層Cが0.16〜4、誘電体層Dの第1低屈折率層1が0.16〜2、第1高屈折率層2が0.16〜2であり、より好ましい光学膜厚は、密着層Cが0.6〜1.4、第1低屈折率層1が0.6〜1.4、第1高屈折率層2が0.6〜1.4である。
(第3実施形態)
図3は、本発明の第3実施形態を示す反射鏡の構成を示す概略図である。第3実施形態は、第1実施形態に対して誘電体層Dが異なり、第1低屈折率層1、第1高屈折率層2、第2低屈折率層3及び第2高屈折率層4の4層で構成され、反射層Aの反射率を一層向上させることができる。各層の光学膜厚は、密着層Cが0.16〜4、第1低屈折率層1が0.16〜2、第1高屈折率層2が0.16〜2、第2低屈折率層3が0.16〜2、第2高屈折率層4が0.16〜2.5であり、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。より好ましい光学膜厚は、密着層Cが0.6〜1.4、第1低屈折率層1が0.6〜1.4、第1高屈折率層2が0.6〜1.4、第2高屈折率層4が0.23〜1.4である。
(第4実施形態)
図4は、本発明の第4実施形態を示す反射鏡の構成を示す概略図である。第4実施形態は、第3実施形態の膜構成に、さらに二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物からなる第3低屈折率層5を最上層に形成し、第3低屈折率層5の光学膜厚が0.11〜3である。この構成により、一層表面に傷がつきにくくなるとともに反射率を向上させる。より好ましい第3低屈折率層5の光学膜厚は、0.16〜0.5である。なお、密着層C及び誘電体層Dの第3低屈折率層5より下層の光学膜厚は、第3実施形態と同様に、第1低屈折率層1が0.16〜2、第1高屈折率層2が0.16〜2、第2低屈折率層3が0.16〜2、第2高屈折率層4が0.16〜2.5であり、より好ましい光学膜厚は、密着層Cが0.6〜1.4、第1低屈折率層1が0.6〜1.4、第1高屈折率層2が0.6〜1.4、第2低屈折率層3が0.6〜1.4、第2高屈折率層4が0.6〜1.4である。
以下、本発明の実施形態をさらに具体化した実施例1〜11を表1に示し、比較例1〜6を表2に示す。材料のTiO2+La23は酸化チタンと酸化ランタンの化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)、SiO2+Al23は二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物、ALはアルミニウム、SiO2は二酸化珪素、TiO2+Ta25は酸化チタンと酸化タンタルの混合物、TiO2は酸化チタンを夫々示す。
実施例1の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムを材料とする反射層を形成し、反射層上に、順にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)と化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
実施例2の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムを材料とする反射層を形成し、反射層上に、順にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)、及びモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
実施例3の反射鏡は、ポリカーボネート樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムを材料とする反射層を形成し、反射層上に、順にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)、及びモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
実施例4の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において90%の二酸化珪素と10%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムを材料とする反射層を形成し、反射層上に、順に二酸化珪素(低屈折率層)、化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)、及び二酸化珪素(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
実施例5の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において97%の二酸化珪素と3%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムを材料とする反射層を形成し、反射層上に、順に二酸化珪素(低屈折率層)、化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)、及び二酸化珪素(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
実施例6の反射鏡は、ノルボルネン樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムを材料とする反射層を形成し、反射層上に、順にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)、及びモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
実施例7の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムを材料とする反射層を形成し、反射層上に、順に二酸化珪素(低屈折率層)、化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)、及び二酸化珪素(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
実施例8の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムを材料とする反射層を形成し、反射層上に、順にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)、モル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
実施例9〜11の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムを材料とする反射層を形成し、反射層上に、順にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)、モル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、化合物La2Ti2x(x=6.3−6.7)(高屈折率層)、モル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。なお、実施例9〜11は最上層の低屈折率層の膜厚が異なる。
次に、比較例の構成について説明する。比較例1の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上に二酸化珪素(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムの反射層を形成し、反射層上に、順に二酸化珪素(低屈折率層)、酸化チタンと酸化ランタンの化合物(高屈折率層)、及び二酸化珪素(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
比較例2の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上に酸化アルミニウム(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムの反射層を形成し、反射層上に、順に二酸化珪素(低屈折率層)、酸化チタンと酸化ランタンの混合物(高屈折率層)、及び二酸化珪素(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
比較例3の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムの反射層を形成し、反射層上に、順にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、酸化チタンと酸化タンタルの混合物(高屈折率層)、及び95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
比較例4の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムの反射層を形成し、反射層上に、順にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、酸化チタン(高屈折率層)、及び95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
比較例5の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムの反射層を形成し、反射層上に、順にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、酸化チタン(高屈折率層)、95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、及び酸化チタン(高屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
比較例6の反射鏡は、ポリオレフィン樹脂基板上にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(密着層)を形成し、密着層上にアルミニウムの反射層を形成し、反射層上に、順にモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、酸化チタン(高屈折率層)、95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)、酸化チタン(高屈折率層)、及びモル比において95%の二酸化珪素と5%の酸化アルミニウムの混合物(低屈折率層)からなる誘電体層を形成した反射鏡である。
次に、以上のように構成された本発明の実施例の分光反射率特性を図5、図6、及び評価結果を表3に示し、比較例の評価結果を表4に示す。
各表の評価項目の試験方法については、外観は目視により傷や白濁の程度を評価し、密着性はセロハンテープを用い指の腹で膜に密着させた後セロハンテープ(ニチバン製Lパック)を剥がしたときの膜の基板への密着程度を評価する。耐溶剤性は中性洗剤、アルコール等の溶剤を含ませた布を軽く力を入れて50回拭き傷の程度を評価する。上記の3項目は常温で膜を評価する。耐環境試験のヒートサイクル試験は−20℃に20分間放置し、次に80℃に20分間放置する加熱冷却サイクル繰り返し、耐湿性は40℃、90%RHの雰囲気下に、耐熱性は80℃の雰囲気下にそれぞれ170時間放置する。塩水噴霧試験(MIL−M−13508C)は濃度5%の塩水を35℃の雰囲気下で24時間噴霧し、耐候性はフェードメータに200時間放置し、高温多湿試験は60℃、90%RHの雰囲気下に3日間放置する。耐環境性の各試験では、試験後に白濁等外観と密着性を評価する。表3、表4の各評価項目に示す○は良好、△は良好だが一部欠陥あり、×は実用上問題がある。
表3、表4から明らかなように、本発明の実施例では、実施例1、8は耐溶剤性試験で一部傷がついたが実用上問題がなく、他の実施例ではいずれの評価項目についても良好であった。これに対して比較例では、耐溶剤性、耐熱性、塩水噴霧、耐候性、及び高温多湿の各評価項目において、異常があり実用上問題があった。
は、本発明の第1実施形態である反射鏡を示す膜構成図である。 は、本発明の第2実施形態である反射鏡を示す膜構成図である。 は、本発明の第3実施形態である反射鏡を示す膜構成図である。 は、本発明の第4実施形態である反射鏡を示す膜構成図である。 は、実施例1〜8の反射鏡の分光反射特性を示すグラフである。 は、実施例9〜11の反射鏡の分光反射特性を示すグラフである。
符号の説明
1、3、5 低屈折率層
2、4 高屈折率層
A 反射層
C 密着層
D 誘電体層
S 基板

Claims (7)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成され二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合物からなる密着層と、
    前記密着層上に形成されたアルミニウムからなる反射層と、
    前記反射層上に二酸化珪素を含む低屈折率層と酸化チタンと酸化ランタンの化合物からなる高屈折率層とを積層した誘電体層と、を有することを特徴とする反射鏡。
  2. 前記密着層の混合物に占める酸化アルミニウムの割合がモル比で3〜10%であることを特徴とする請求項1に記載の反射鏡。
  3. 前記基板がポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂及びノルボルネン樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の反射鏡。
  4. 前記誘電体層が前記基板側から順に第1低屈折率層と第1高屈折率層からなり、光学膜厚を4nd/λに対するものとして、nは屈折率、dは膜厚、λは基準波長550nmを表すとき、各層の光学膜厚は、
    前記密着層が0.16〜4、
    第1低屈折率層が0.16〜2、
    第1高屈折率層が0.16〜2
    であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の反射鏡。
  5. 前記誘電体層が前記基板側から順に第1低屈折率層、第1高屈折率層及び第2低屈折率層からなり、光学膜厚を4nd/λに対するものとして、nは屈折率、dは膜厚、λは基準波長550nmを表すとき、各層の光学膜厚は、
    前記密着層が0.16〜4、
    第1低屈折率層が0.16〜2、
    第1高屈折率層が0.16〜2、
    第2低屈折率層が0.11〜3
    であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の反射鏡。
  6. 前記誘電体層が前記基板側から順に第1低屈折率層、第1高屈折率層、第2低屈折率層及び第2高屈折率層からなり、光学膜厚を4nd/λに対するものとして、nは屈折率、dは膜厚、λは基準波長550nmを表すとき、各層の光学膜厚は、
    前記密着層が0.16〜4、
    第1低屈折率層が0.16〜2、
    第1高屈折率層が0.16〜2、
    第2低屈折率層が0.16〜2、
    第2高屈折率層が0.16〜2.5
    であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の反射鏡。
  7. 前記誘電体層が前記基板側から順に第1低屈折率層、第1高屈折率層、第2低屈折率層、第2高屈折率層及び第3低屈折率層からなり、光学膜厚を4nd/λに対するものとして、nは屈折率、dは膜厚、λは基準波長550nmを表すとき、各層の光学膜厚は、
    前記密着層が0.16〜4、
    第1低屈折率層が0.16〜2、
    第1高屈折率層が0.16〜2、
    第2低屈折率層が0.16〜2、
    第2高屈折率層が0.16〜2.5
    第3低屈折率層が0.11〜3
    であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の反射鏡。
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