JP2010072046A

JP2010072046A - 光学素子及びそれを有する光学装置

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Publication number: JP2010072046A
Application number: JP2008236311A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Sano; 大介佐野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-04-02
Also published as: US20100068536A1

Abstract

【課題】作製プロセスに熱水処理を有する光学素子において，処理によって基板表面が変質してしまうことを防ぐ。
【解決手段】６０℃〜８５℃の熱水中に１０分以上浸漬して製造される光学素子において、ガラス基板の材料の耐水性、耐酸性が所定の条件式を満足することを特徴とする光学素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱水への浸漬処理を経て製造される光学素子に関し、特に、光学素子を構成するガラス基板の耐水性および耐酸性に関する。

従来、撮影レンズ等の光学素子には反射防止膜等の光学膜が形成されている。このような光学素子の製造過程において、熱水への浸漬処理が施される場合がある。

例えば、特許文献１、２では、アルミナ膜が成膜された光学素子を熱水中に浸漬することによって、アルミナ膜の表面に微細凹凸構造を形成し、反射防止膜を得る方法を開示している。

特許文献３は、ＳｉＯ_２膜が形成された光学素子を熱水中に浸漬し、レーザ耐性等に優れた多孔性のＳｉＯ_２膜を形成する方法を開示している。
特開２００５−２７５３７２号公報特開２００７−２４１１７７号公報特開２００８−１２９３１１号公報

しかしながら、特許文献１ー３では、ガラス基板に対する熱水への浸漬処理の影響は考慮されておらず、ガラス基板の種類によってはガラス基板の表面が変質してしまい、散乱光を生じさせてしまうという課題があった。

本発明は、製造過程で熱水処理が施される光学素子において、ガラス基板の変質を防ぐことを目的とする。

本発明の光学素子は、６０℃乃至８５℃の熱水に１０分以上浸漬されることにより製造される光学素子であって、前記光学素子は、ガラス基板と、該ガラス基板上に形成された光学膜を有しており、ａ、ｂをそれぞれ日本光学硝子工業会規格による粉末法耐水性および粉末法耐酸性の各級に対応する１乃至６のいずれかの整数としたとき、前記ガラス基板を構成する材料は、
ａ×ｂ＜６
なる条件を満足することを特徴とする。

本発明の光学素子によれば、光学素子の熱水への浸漬処理に伴うガラス基板の変質を防ぐことができる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の光学素子１の基本構成を表した図である。１１はガラス基板、１２はガラス基板１１の表面に形成された光学膜、１３は６０℃乃至８５℃の熱水、１４は熱水処理後のガラス基板、１５は熱水処理後の光学膜である。

本発明では、熱水への浸漬処理を行う際の熱水１３の温度を６０℃〜８５℃としている。６０℃未満の場合、熱水１３の温度が低すぎるために、光学膜の表面に微細凹凸構造を形成することができない。逆に８５℃を超える場合、熱水１３に発生する気泡により、微細凹凸構造の形成が不安定になるため好ましくない。熱水の温度は６５℃〜８０℃がより好ましく、さらに好ましくは７０℃〜７５℃とするのが良い。

また、ａ、ｂをそれぞれ日本光学硝子工業会規格による粉末法耐水性および粉末法耐酸性の各級に対応する１乃至６のいずれかの整数としたとき、以下の条件式（１）を満たすことを特徴としている。
ａ×ｂ＜６・・・（１）
日本光学硝子工業会規格による粉末法耐水性とは、粒径４２５〜６００μｍに破砕された粉末を白金かごに入れ、それを純水（ｐＨ＝６．５〜７．５）８０ｍｌの入った石英ガラス製丸底フラスコ内に浸漬し、沸騰水浴中で６０分間処理し、その質量減［ｗｔ％］を測定する。このときの質量減［ｗｔ％］が
０．０５ｗｔ％未満の場合をａ＝１、
０．０５ｗｔ％以上かつ０．１０ｗｔ％未満の場合をａ＝２、
０．１０ｗｔ％以上０．２５ｗｔ％未満の場合をａ＝３、
０．２５ｗｔ％以上０．６０ｗｔ％未満の場合をａ＝４、
０．６０ｗｔ％以上１．１０ｗｔ％未満の場合をａ＝５、
１．１０ｗｔ％以上の場合をａ＝６とする。

また、日本光学硝子工業会規格による粉末法耐酸性とは、粒径４２５〜６００μｍに破砕された粉末を白金かごに入れ、それを０．０１ｍｏｌ／ｌ硝酸水溶液の入った石英ガラス製丸底フラスコ内に浸漬し、沸騰水浴中で６０分間処理し、その質量減［ｗｔ％］を測定する。このときの質量減［ｗｔ％］が
０．２０ｗｔ％未満の場合をｂ＝１、
０．２０ｗｔ％以上かつ０．３５ｗｔ％未満の場合をｂ＝２、
０．３５ｗｔ％以上０．６５ｗｔ％未満の場合をｂ＝３、
０．６５ｗｔ％以上１．２０ｗｔ％未満の場合をｂ＝４、
１．２０ｗｔ％以上２．２０ｗｔ％未満の場合をｂ＝５、
２．２０ｗｔ％以上の場合をｂ＝６とする。

条件式（１）を満たすことにより、光学膜の種類によらずに、熱水への浸漬処理によるガラス基板１４の変質を防ぐことができる。熱水への浸漬処理においては、光学膜１２とガラス基板１１の成分の溶出・浸蝕が起きるため、熱水処理を行う光学素子では、耐水性と耐酸性に強い基板１１を選択する必要性がある。

本発明に対する比較例として、条件式（１）が６以上であるガラス基板を用いた場合について、図２を用いて説明する。２１はガラス基板、２２はガラス基板２１の表面に形成された光学膜、２３は６０℃〜８５℃の熱水、２４は熱水処理後のガラス基板、２５は熱水処理後の光学膜２２である。このように、光学膜２２を設けても、熱水への浸漬処理によってガラス基板２４の表面が変質してしまう。ガラス基板２４の変質の度合いは条件式（１）の数値が大きいほど顕著になる。光学膜２５が形成されていないガラス基板２４の表面も、熱水への浸漬処理によって変質してしまう。

以上のように、熱水への浸漬処理を経て製造される光学素子では、条件式（１）を満たすガラス基板を使用することで、ガラス基板の表面の変質を防ぐことができる。

本発明の各実施例では、微細凹凸構造を有する光学膜（反射防止膜）を、ゾルゲル法による成膜と熱水への浸漬処理を組み合わせることにより形成している。ゾルゲル法とは、ゾル状態の溶液をガラス基板表面に塗布し、焼結することによってゲル化して光学膜を形成する方法であるが、焼結の際に溶液内の溶媒を蒸発させる過程で光学膜の中に空孔ができやすい。したがって、ゾルゲル法による成膜工程を含む光学素子は、熱水への浸漬処理によって、ガラス基板の表面が変質しやすいため、本発明の課題および効果が顕著である。

各実施例では、熱水への浸漬処理によって、可視光の波長以下の平均ピッチを有する凹凸構造を光学膜の表面に形成している。例えば、ゾルゲル法や真空成膜により形成されたアルミナ膜を備えるガラス基板を、６０℃以上の熱水に１０分以上浸漬すると、アルミナ膜の表面において、熱水中への溶出と再結晶化が起きて、平均ピッチが２０〜２００ｎｍ程度の凹凸構造が形成される。このように、可視域（波長４００〜７００ｎｍ）の波長以下の平均ピッチを有する構造が熱水への浸漬処理によって形成される。

光学膜の凹凸構造について図３を用いて説明する。３１はガラス基板、３２は可視光の波長以下の平均ピッチを有する凹凸構造が形成された光学膜である。なお、図３では周期構造を例示しているが、凹凸構造の平均ピッチが使用波長以下であるならば凹凸構造の間隔は非周期的であっても良い。光学膜の膜厚は使用波長以上であっても良い。また、凹凸構造が形成された光学膜３２は１つの材料と空気からなる構造を例示しているが、屈折率が異なる複数の材料により凹凸構造を形成してもよい。

凹凸構造の間隔は、図３においてｘで表される間隔であって、凸部同士または凹部同士の対応する位置の間隔をいう。

各実施例の光学膜の凹凸構造は平均ピッチが可視光の波長以下であり、可視光に対しては凹凸構造の充填率に応じた屈折率を持つ平坦な膜と同様の作用をすることが知られている。

このような凹凸構造を持つ光学膜３２を熱水への浸漬処理によって作製する場合、通常の光学膜に比べて熱水が基板に到達しやすくなるため、本発明の課題および効果が顕著である。

以下に本発明の詳細な実施例を示す。

ガラス基板にはＯＨＡＲＡ社製Ｓ−ＬＡＨ５５を用いた。Ｓ−ＬＡＨ５５の耐水性と耐酸性はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝３である。よって、Ｓ−ＬＡＨ５５は条件式（１）を満足する材料である。

ガラス基板上にゾルゲル法でアルミナ膜を成膜したのち、７５℃の熱水中に２０分間浸漬し、６０℃で１５分間乾燥した。アルミナ膜の表面を観察したところ、平均ピッチが８０ｎｍ程度の凹凸構造が形成されていることを確認した。ガラス基板の表面の変質は確認されなかった。

ガラス基板にはＯＨＡＲＡ社製Ｓ−ＬＡＨ６０基板を用いた。Ｓ−ＬＡＨ６０の耐水性と耐酸性はそれぞれａ＝１、ｂ＝３である。よって、Ｓ−ＬＡＨ６０は、条件式（１）を満足する材料である。

ガラス基板上にゾルゲル法でＳｉＴｉの混合膜を形成したのち、その表面にゾルゲル法でアルミナ膜を成膜した。そして、８０℃の熱水中に３０分間浸漬し、６０℃で１５分間乾燥した。アルミナ膜の表面を観察したところ、平均ピッチが７０ｎｍ程度の凹凸構造が形成されていることを確認した。ガラス基板の表面の変質は確認されなかった。

ガラス基板にはＨＯＹＡ社製ＦＤＳ９０を用いた。ＦＤＳ９０の耐水性と耐酸性はそれぞれ、ａ＝２、ｂ＝１である。よって、ＦＤＳ９０は条件式（１）を満足する材料である。

ガラス基板上に真空蒸着法でＳｉＯ_２膜を成膜したのち、８５℃の熱水中に２７０分間浸漬し、１２０℃で１５分間乾燥した。ＳｉＯ_２膜の表面を観察したところ、ナノポーラス構造が形成されていることを確認した。ガラス基板の表面の変質は確認されなかった。

（比較例１）
ガラス基板にはＯＨＡＲＡ社製Ｓ−ＦＳＬ５を用いた。Ｓ−ＦＳＬ５の耐水性と耐熱性はそれぞれａ＝３、ｂ＝４である。よって、Ｓ−ＦＳＬ５は条件式（１）を満足しない材料である。

ガラス基板上にゾルゲル法でアルミナ膜を形成したのち、８５℃の熱水中に３０分間浸漬し、６０℃で１５分間乾燥した。光学素子の表面を観察したところ、平均ピッチが８０ｎｍ程度の凹凸構造が形成されていることを確認した。ガラス基板の表面には、部分的な白化が確認された。

以上の各実施例では、可視光（４００〜７００ｎｍ）以下の平均ピッチを持つ凹凸構造が形成された光学膜を持つ光学素子について説明したが、赤外線や紫外線を利用した光学系に用いられる光学素子においては、凹凸構造の平均ピッチをぞれぞれの使用波長以下とすればよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の条件式（１）を満足するガラス基板を用いた光学素子本発明の条件式（１）を満足しないガラス基板を用いた光学素子凹凸構造が形成された光学膜を持つ光学素子

符号の説明

１、２光学素子
１１、２１、３１ガラス基板
１２、２２光学膜
１３、２３熱水
１４熱水処理後のガラス基板
１５熱水処理後の光学膜
２４熱水処理後のガラス基板
２５熱水処理後の光学膜
３２凹凸構造が形成された光学膜

Claims

６０℃乃至８５℃の熱水に１０分以上浸漬されることにより製造される光学素子であって、前記光学素子は、ガラス基板と、該ガラス基板上に形成された光学膜を有しており、ａ、ｂをそれぞれ日本光学硝子工業会規格による粉末法耐水性および粉末法耐酸性の各級に対応する１乃至６のいずれかの整数としたとき、前記ガラス基板を構成する材料は、
ａ×ｂ＜６
なる条件を満足することを特徴とする光学素子。
前記光学膜はアルミナにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記熱水への浸漬処理によって、前記光学膜の表面に平均ピッチが可視光の波長以下の凹凸構造が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
前記光学膜は反射防止膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子を有する光学装置。