JP2010217445A - 反射防止膜及び光学素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学素子基板2の表面に形成された複数の層からなる反射防止膜1であって、基板2側から、SiO2からなる低屈折率膜と、Nb2O5、Ta2O5及びHfO2からなる群から選ばれた少なくとも一種からなる高屈折率膜とが交互に積層されてなり、各々の層の物理膜厚が2〜150 nmであり、全層の合計物理膜厚が200〜700 nmである反射防止膜。
【選択図】図1
Description
反射防止膜は、光学素子基板の表面に形成され、基板側から、(1) SiO2からなる低屈折率膜と、(2) Nb2O5、Ta2O5及びHfO2からなる群から選ばれた少なくとも一種からなる高屈折率膜とがこの順に交互に積層されてなる。SiO2、Nb2O5、Ta2O5及びHfO2はいずれも、硫酸、硝酸及び塩酸には溶解しない(例えば日本化学会編,「化学便覧 基礎編I」,改訂3版,丸善出版,p.135,p.165,p.187,p.191)ので、これらの材料を用いた反射防止膜は耐酸性に優れている。
400〜700 nmの波長の光に対するSiO2の屈折率は1.4〜1.5が好ましい。SiO2の純度は99%以上が好ましい。
高屈折率膜はNb2O5、Ta2O5又はHfO2からなるのが好ましい。400〜700 nmの波長の光に対するNb2O5、Ta2O5及びHfO2の屈折率は、それぞれこの順に2.1〜2.6、2.0〜2.4及び1.9〜2.1が好ましい。Nb2O5、Ta2O5及びHfO2の純度はいずれも99%以上が好ましい。
反射防止膜の全層の合計物理膜厚の下限は200 nmである。合計物理膜厚が200 nm未満だと、基板を酸性雨から十分に保護できない。合計物理膜厚の下限は400 nmが好ましく、550 nmがより好ましい。低屈折率膜及び高屈折率膜の各々の物理膜厚を2〜150 nmの範囲とし、かつ合計物理膜厚の上限を700 nmとすることにより、400〜700 nmの波長の光に対する反射率を0.3%以下とすることができる。合計物理膜厚の上限は650 nmが好ましい。反射防止膜を構成する各膜の厚さの最適化は、例えばマトリクス法に基づいた計算シミュレーションにより行うことができる。
波長400〜700 nmにおいて良好な反射防止効果を得るために、反射防止膜は、(a) 基板が1.42〜1.47の屈折率を有する場合、図1に示すように、基板2の表面に、第一層101から第十一層111までの薄膜を積層してなるのが好ましく、(b) 基板が1.47〜2.02の屈折率を有する場合、図2に示すように、基板2の表面に、第一層101から第十三層113までの薄膜を積層してなるのが好ましい。ただし基板の屈折率が1.47の場合、反射防止膜は、十一層膜及び十三層膜のいずれでもよい。
屈折率が1.42〜1.47の基板2上に形成する反射防止膜1について、第一層101の低屈折率膜の物理膜厚は55〜75 nmであり、第二層102の高屈折率膜の物理膜厚は2〜22 nmであり、第三層103の低屈折率膜の物理膜厚は41〜61 nmであり、第四層104の高屈折率膜の物理膜厚は9〜29 nmであり、第五層105の低屈折率膜の物理膜厚は20〜40 nmであり、第六層106の高屈折率膜の物理膜厚は116〜136 nmであり、第七層107の低屈折率膜の物理膜厚は24〜44 nmであり、第八層108の高屈折率膜の物理膜厚は17〜37 nmであり、第九層109の低屈折率膜の物理膜厚は27〜47 nmであり、第十層110の高屈折率膜の物理膜厚は106〜126 nmであり、第十一層111の低屈折率膜の物理膜厚は76〜96 nmである。
屈折率が1.47〜2.02の基板2上に形成する反射防止膜1について、第一層101の低屈折率膜の物理膜厚は7〜27 nmであり、第二層102の高屈折率膜の物理膜厚は2〜37 nmであり、第三層103の低屈折率膜の物理膜厚は13〜53 nmであり、第四層104の高屈折率膜の物理膜厚は2〜22 nmであり、第五層105の低屈折率膜の物理膜厚は41〜61 nmであり、第六層106の高屈折率膜の物理膜厚は9〜29 nmであり、第七層107の低屈折率膜の物理膜厚は20〜40 nmであり、第八層108の高屈折率膜の物理膜厚は116〜136 nmであり、第九層109の低屈折率膜の物理膜厚は24〜44 nmであり、第十層110の高屈折率膜の物理膜厚は17〜37 nmであり、第十一層111の低屈折率膜の物理膜厚は27〜47 nmであり、第一二層112の高屈折率膜の物理膜厚は106〜126 nmであり、第一三層113の低屈折率膜の物理膜厚は76〜96 nmである。
低屈折率膜及び高屈折率膜はいずれも既存の方法で形成することができ、例えば、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、イオンビームスパッタ法等の物理蒸着法、熱CVD法、プラズマCVD法、光CVD法等の化学蒸着法、湿式めっき法、ディップコーティング法、超音波ミストコーティング法(例えば特許3159780号に記載)、スピンコーティング法、スプレーコーティング法及びインクジェットコーティング法が挙げられる。反射防止膜の全層を同一の方法で形成しても良いし、各層ごとに最適な方法を選択してもよい。
光学素子基板の材料として、製品名S-FPL53(株式会社オハラ製)、製品名BSC7、同BACD16、同S-LAM52、同NBFD13、同E-FDS1、同TAFD40(以上HOYA株式会社製)、石英ガラス等の光学ガラス、及びアクリル樹脂、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、非晶性ポリオレフィン等のプラスチックが挙げられる。これらの基材の屈折率は約1.4〜約2.0である。
本発明の反射防止膜は、波長領域が400〜700 nmで、0〜10°の入射角の光に対して0.3%以下の反射率を有し、硫酸、硝酸及び塩酸に溶解しない優れた耐酸性を有し、優れた耐擦傷性を有する。本発明の反射防止膜を有する光学素子は、雨中等での撮影が可能な防水タイプのデジタルカメラ、屋外や車に設置される監視カメラ等に用いるレンズやカバーガラスとして有用である。
・基板加熱:なし
・プラズマ加速電圧:130 V
・ビーム電流:21 A
・Arガス導入流量:12 mL/min
・酸素導入後成膜時真空度:1.2×10-2 Pa
・成膜速度:1.6 nm/sec
・基板加熱:なし
・プラズマ加速電圧:125 V
・ビーム電流:26 A
・酸素導入後成膜時真空度:1.8×10-2 Pa
・成膜速度:0.8 nm/sec
・プラズマ加速電圧:135 V
・ビーム電流:26 A
・酸素導入後成膜時真空度:1.8×10-2 Pa
・成膜速度:0.4 nm/sec
・プラズマ加速電圧:135 V
・ビーム電流:26 A
・酸素導入後成膜時真空度:1.7×10-2 Pa
・成膜速度:0.6 nm/sec
基板として屈折率1.62041のBACD16ガラスからなる平板(HOYA株式会社製)を用い、以下の条件で真空蒸着法により、Al2O3膜、ZrO2とTiO2の混合物(製品名「OH5」、キャノンオプトロン株式会社製)からなる膜及びMgF2膜を、表8に示す構成となるように積層し、特開平10-20102号(特許文献1)の実施例1と同様の七層からなる反射防止膜(合計物理膜厚327.69 nm)を形成した。
・基板加熱温度:250℃
・酸素導入後の成膜時真空度:7×10-3 Pa
・成膜速度:0.6 nm/sec
・基板加熱温度:250℃
・酸素導入後の成膜時真空度:2×10-2Pa
・成膜速度:0.4 nm/sec
・基板加熱温度:250℃
・酸素導入:なし
・成膜速度:0.7 nm/sec
実施例1〜7及び比較例1の反射防止膜に対して、350〜850 nmの波長領域の5°の入射角の光線の分光反射率を分光光度計(形式:U4000、日立製作所株式会社製)を用いて測定した。結果を図3〜10に示す。
実施例1〜7及び比較例1で作製したテストピース(反射防止膜付き平板ガラス)をpH4.77の硝酸水溶液に室温で24時間浸漬し、浸漬前後での反射防止膜の反射色を目視により比較することにより、耐酸性を評価した。結果を表9に示す。判定基準を示す記号は、○:「反射色に変化が無かった」、×:「反射色に大きな変化が認められた」である。
(2) 反射色に大きな変化が認められた。
1kg/cm2の圧力及び120回/分の速度で砂消しゴム(商品名「モノ砂消しゴム」品番「ES-512A」、株式会社トンボ鉛筆製)により反射防止膜を10回擦る処理を施した後、表面の様子を観察することにより、耐擦傷性を評価した。結果を表10に示す。評価基準は、○:「全く傷が付かなかった」、及び×:「剥離した」である。
101・・・第一層
102・・・第二層
103・・・第三層
104・・・第四層
105・・・第五層
106・・・第六層
107・・・第七層
108・・・第八層
109・・・第九層
110・・・第十層
111・・・第十一層
112・・・第十二層
113・・・第十三層
2・・・光学素子基板
Claims (5)
- 光学素子基板の表面に形成された複数の層からなる反射防止膜であって、前記基板側から、SiO2からなる低屈折率膜と、Nb2O5、Ta2O5及びHfO2からなる群から選ばれた少なくとも一種からなる高屈折率膜とがこの順に交互に積層されてなり、各々の層の物理膜厚が2〜150 nmであり、全層の合計物理膜厚が200〜700 nm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、前記基板が1.42〜1.47の屈折率を有し、前記反射防止膜が前記基板側から順に形成された第一層〜第十一層の積層膜からなり、前記第一層の低屈折率膜の物理膜厚が55〜75 nmであり、前記第二層の高屈折率膜の物理膜厚が2〜22 nmであり、前記第三層の低屈折率膜の物理膜厚が41〜61 nmであり、前記第四層の高屈折率膜の物理膜厚が9〜29 nmであり、前記第五層の低屈折率膜の物理膜厚が20〜40 nmであり、前記第六層の高屈折率膜の物理膜厚が116〜136 nmであり、前記第七層の低屈折率膜の物理膜厚が24〜44 nmであり、前記第八層の高屈折率膜の物理膜厚が17〜37 nmであり、前記第九層の低屈折率膜の物理膜厚が27〜47 nmであり、前記第十層の高屈折率膜の物理膜厚が106〜126 nmであり、前記第十一層の低屈折率膜の物理膜厚が76〜96 nm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、前記基板が1.47〜2.02の屈折率を有し、前記反射防止膜が前記基板側から順に形成された第一層〜第十三層の積層膜からなり、前記第一層の低屈折率膜の物理膜厚が7〜27 nmであり、前記第二層の高屈折率膜の物理膜厚が2〜37 nmであり、前記第三層の低屈折率膜の物理膜厚が13〜53 nmであり、前記第四層の高屈折率膜の物理膜厚が2〜22 nmであり、前記第五層の低屈折率膜の物理膜厚が41〜61 nmであり、前記第六層の高屈折率膜の物理膜厚が9〜29 nmであり、前記第七層の低屈折率膜の物理膜厚が20〜40 nmであり、前記第八層の高屈折率膜の物理膜厚が116〜136 nmであり、前記第九層の低屈折率膜の物理膜厚が24〜44 nmであり、前記第十層の高屈折率膜の物理膜厚が17〜37 nmであり、前記第十一層の低屈折率膜の物理膜厚が27〜47 nmであり、前記第一二層の高屈折率膜の物理膜厚が106〜126 nmであり、前記第一三層の低屈折率膜の物理膜厚が76〜96 nmであることを特徴とする反射防止膜。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の反射防止膜において、波長が400〜700 nmで、入射角が0〜10°の光に対する反射率が0.3%以下であることを特徴とする反射防止膜。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の反射防止膜を、基板の表面に有することを特徴とする光学素子。
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