JP2020064156A - Optical element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本開示は、光学素子およびその製造方法に関する。より具体的には、光透過に少なくとも資する光学素子に関するとともに、そのような光学素子を製造するための製造方法にも関する。 The present disclosure relates to an optical element and a manufacturing method thereof. More specifically, it relates to an optical element that contributes at least to light transmission, and also to a manufacturing method for manufacturing such an optical element.
従前から樹脂材やガラス材等から成る光学素子が様々な用途に用いられている。例えば、光学素子は、光ファイバーやレンズ等として用いられている。 Optical elements made of a resin material, a glass material, or the like have been used for various purposes. For example, the optical element is used as an optical fiber, a lens, or the like.
近年、光学素子は、防災・防犯等の監視システム用の光センサー、または運転支援システム用の車載センサーモジュールといった、光センシング分野などにも利用されている。 In recent years, optical elements are also used in the optical sensing field such as an optical sensor for a monitoring system for disaster prevention and crime prevention, or an in-vehicle sensor module for a driving support system.
光センサーのレンズ等に用いられる光学素子においては、その表面が高硬度であることが求められる。光学素子の表面硬度が低いと、センサーへの実装時および/または使用時に、光学素子の表面に割れや傷が生じる虞がある。 The surface of an optical element used as a lens of an optical sensor is required to have high hardness. When the surface hardness of the optical element is low, the surface of the optical element may be cracked or scratched when mounted on the sensor and / or used.
本願発明者は、従前提案されている光学素子では克服すべき課題が依然あることに気付き、そのための対策を取る必要性を見出した。具体的には以下の課題があることを本願発明者は見出した。 The inventor of the present application realized that the previously proposed optical element still had a problem to be overcome, and found that it is necessary to take measures against it. Specifically, the inventor of the present application has found out that there are the following problems.
波長透過性の点で優れているカルコゲナイド材およびカルコハライド材は、酸化物ガラス材等を用いた光学素子と比較すると硬度が低い。そのため、表面の高硬度化がより求められる。例えば図5に示すように、光学素子の表面を高硬度化するための構成の1つとして、光学素子50の母材部52の表面上に、ハードコート層やダイヤモンドライクカーボン(DLC)層等の薄膜層51が形成されたものが提案されている(特許文献1および特許文献2参照)。
The chalcogenide material and the chalcogenide material, which are excellent in terms of wavelength transparency, have a lower hardness than an optical element using an oxide glass material or the like. Therefore, higher hardness of the surface is required. For example, as shown in FIG. 5, as one configuration for increasing the hardness of the surface of the optical element, a hard coat layer, a diamond-like carbon (DLC) layer, or the like is formed on the surface of the
しかしながら、そのような硬化層は、光学素子との相互作用により使用する材料が限定されるため、所望の硬度が得られない場合がある。 However, in such a hardened layer, the material used is limited due to the interaction with the optical element, so that the desired hardness may not be obtained.
本開示は、かかる課題を鑑み、より良好な表面硬度を有する光学素子を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present disclosure aims to provide an optical element having better surface hardness.
本願発明者は、従来技術の延長線上で対応するのではなく、新たな方向で対処することによって上記課題の解決を試みた。その結果、上記主たる目的が達成された光学素子の発明に至った。 The inventor of the present application tried to solve the above-mentioned problems by addressing the problem in a new direction, rather than as an extension of the conventional technique. As a result, the invention of the optical element has been achieved in which the above-mentioned main object is achieved.
上記目的を達成するために、本開示では、光学素子が提供される。かかる光学素子は、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含み、最表面部分にカルコゲナイド材および/またはカルコハライド材の酸素含有層を有する。かかる酸素含有層のナノインデンター硬度は2.5GPa〜4.5GPaである。また、本開示では、上記の光学素子の製造方法も提供される。光学素子の製造方法は、光学素子が、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含み、光学素子の最表面部分のカルコゲナイド材および/またはカルコハライド材に、酸素を含有させる酸素含有化処理を行う。 In order to achieve the above object, an optical element is provided in the present disclosure. Such an optical element contains a chalcogenide material and / or a chalcogenide material, and has an oxygen-containing layer of the chalcogenide material and / or the chalcogenide material on the outermost surface portion. The nano indenter hardness of the oxygen-containing layer is 2.5 GPa to 4.5 GPa. The present disclosure also provides a method for manufacturing the above optical element. In the method for producing an optical element, the optical element contains a chalcogenide material and / or a chalcogenide material, and the chalcogenide material and / or the chalcogenide material on the outermost surface portion of the optical element is subjected to an oxygen-containing treatment for containing oxygen.
本開示の光学素子は、より良好な表面硬度を有する。具体的には、光学素子の最表面部分に酸素含有層を形成することにより、光学素子の表面硬度を上げることができる。 The optical element of the present disclosure has better surface hardness. Specifically, the surface hardness of the optical element can be increased by forming the oxygen-containing layer on the outermost surface portion of the optical element.
以下では、本開示の光学素子の製造方法およびその製造方法で得られる光学素子をより詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細な説明、あるいは実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Below, the manufacturing method of the optical element of this indication and the optical element obtained by the manufacturing method are demonstrated in detail. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed description of well-known matters or duplicate description of substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy in the description and facilitate understanding by those skilled in the art.
出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。なお、図面における各種の要素は、本開示の製造方法および光学素子の理解のために模式的かつ例示的に示したにすぎず、外観や寸法比などは実物と異なり得る。 Applicants provide the accompanying drawings and the following description for a person skilled in the art to fully understand the present disclosure, and are not intended to limit the claimed subject matter by these. It should be noted that the various elements in the drawings are merely schematically and exemplarily shown for understanding of the manufacturing method and the optical element of the present disclosure, and the appearance and the dimensional ratio may be different from the actual ones.
本明細書において「断面視」は、光学素子の厚み方向に沿って切り取って得られる仮想断面に基づいている。換言すれば、光学素子の厚みに沿って切り取った断面における見取図が「断面視」に相当する。典型的には、“光学素子の厚み方向”は、光学素子における光透過方向に相当し得る。 In the present specification, “cross-sectional view” is based on a virtual cross section obtained by cutting along the thickness direction of the optical element. In other words, the sketch drawing in the cross section cut along the thickness of the optical element corresponds to the “cross sectional view”. Typically, the “thickness direction of the optical element” may correspond to the light transmission direction of the optical element.
[本開示の光学素子の特徴]
本開示の光学素子は、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含む光学素子であり、その最表面部分の組成に特徴を有している。
[Characteristics of Optical Element of Present Disclosure]
The optical element of the present disclosure is an optical element containing a chalcogenide material and / or a chalcogenide material, and is characterized by the composition of the outermost surface portion thereof.
より具体的には、本開示の光学素子は、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含み、その最表面部分にカルコゲナイド材および/またはカルコハライド材の酸素含有層を有する。酸素含有層は、光学素子の最表面部分に酸素含有化処理を行うことで形成されている。酸素含有層は、光学素子の母材部に対して屈折率がより低いため、より良好な表面反射防止機能を有する。また、酸素含有層は、光学素子の母材部に対して硬度がより高いため、より良好な表面硬度を有する。さらに、酸素含有層は、光学素子の母材部との密着性が高く、母材部と同等の熱膨張率を有するため、加工時または使用時における層間剥離等を好適に抑制することができる。 More specifically, the optical element of the present disclosure contains a chalcogenide material and / or a chalcogenide material, and has an oxygen-containing layer of the chalcogenide material and / or the chalcogenide material on the outermost surface portion thereof. The oxygen-containing layer is formed by performing an oxygen-containing treatment on the outermost surface portion of the optical element. Since the oxygen-containing layer has a lower refractive index with respect to the base material portion of the optical element, it has a better surface antireflection function. Further, the oxygen-containing layer has a higher hardness than the base material portion of the optical element, and thus has a better surface hardness. Furthermore, since the oxygen-containing layer has high adhesion to the base material portion of the optical element and has a coefficient of thermal expansion equivalent to that of the base material portion, delamination or the like during processing or use can be suitably suppressed. .
本開示における「光学素子」とは、光を透過させるための部材を意味している。よって、光学素子は、例えばレンズ、プリズムまたはミラーであり、さらにいえば、光透過に関連するウィンドウ品などであってもよい。 The “optical element” in the present disclosure means a member for transmitting light. Therefore, the optical element is, for example, a lens, a prism, or a mirror, and may be, for example, a window product related to light transmission.
本開示における「カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材の酸素含有層」とは、広義には、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含む光学素子の最表面部分を改質することによって、酸素を含有させる酸素含有化処理を施した層を指す。狭義には、「カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材の酸素含有層」とは、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含む材料組成と酸素とが化合物を成している層を指すのみならず、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含む材料組成のいずれかの原子が酸素原子で置換されている層を指す。後者についていえば、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材のカルコゲン元素および/またはハロゲン元素の少なくとも一部が酸素で置換されていてもよい。 The "oxygen-containing layer of chalcogenide material and / or chalcogenide material" in the present disclosure is, in a broad sense, containing oxygen by modifying the outermost surface portion of the optical element containing the chalcogenide material and / or chalcogenide material. A layer that has been subjected to an oxygen-containing treatment. In a narrow sense, the term "oxygen-containing layer of chalcogenide material and / or chalcogenide material" means not only a layer in which a material composition containing a chalcogenide material and / or a chalcogenide material and oxygen form a compound, It refers to a layer in which any atom of the material composition containing the chalcogenide material and / or the chalcogenide material is replaced with an oxygen atom. As for the latter, at least a part of the chalcogen element and / or the halogen element of the chalcogenide material and / or the chalcogenide material may be replaced with oxygen.
本明細書でいう「最表面部分」とは、光学素子内において、光学面表面の周辺部分(すなわち、最表層)を指している。図示する例示態様でいえば、図1に示す光学素子20の断面視において、酸素含有層21が最表面部分に相当する。
The "outermost surface portion" as used herein refers to a peripheral portion (that is, the outermost layer) of the surface of the optical surface in the optical element. In the illustrated embodiment, the oxygen-containing
本明細書でいう「カルコゲナイド材」とは、広義には、周期律表のVIb族のS(硫黄)、Se(セレン)およびTe(テルル)から成る群から選択される少なくとも1種のカルコゲン元素を主成分の1つとする材料を意味している。例えば、カルコゲナイド材は、S(硫黄)、Se(セレン)およびTe(テルル)から成る群から選択される少なくとも1種のカルコゲン元素がGe(ゲルマニウム)、As(ヒ素)、Sb(アンチモン)、P(リン)、Ga(ガリウム)、In(インジウム)およびSi(ケイ素)から成る群から選択される少なくとも1種と組み合わされた組成を有する材料であってよい。そして、本明細書でいう「カルコハライド材」とは、そのようなカルコゲナイド材に対してハロゲン元素(フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から成る群から選択される少なくとも1種)またはその化合物が導入されて成るような組成を有する材料を意味している。 As used herein, the term “chalcogenide material” means, in a broad sense, at least one chalcogen element selected from the group consisting of S (sulfur), Se (selenium), and Te (tellurium) in the VIb group of the periodic table. Means a material containing as one of the main components. For example, in the chalcogenide material, at least one chalcogen element selected from the group consisting of S (sulfur), Se (selenium) and Te (tellurium) is Ge (germanium), As (arsenic), Sb (antimony), P It may be a material having a composition in combination with at least one selected from the group consisting of (phosphorus), Ga (gallium), In (indium) and Si (silicon). The term “chalcogenide material” as used herein means that a halogen element (at least one selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine) or a compound thereof is introduced into such a chalcogenide material. A material having a composition such as
図1に示す例示態様でいえば、光学素子20の最表面部分に酸素含有層21が設けられている。すなわち、光学素子20は、酸素含有層21と母材部22とから少なくとも成る。
In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the oxygen-containing
酸素含有層21および母材部22は、それらの組成に起因して、互いに高い相互作用を有する。具体的には、酸素含有層21は、光学素子20の最表面部分を改質することによって酸素を含有させる酸素含有化処理を施した層、換言すれば、母材部22と同一の材料組成に基づく層であるため、酸素含有層21および母材部22は強固な密着強度を有する(図1参照)。すなわち、光学素子の最表面部分に、加工時または使用時に剥離が生じ難い酸素含有層をもたらすことができる。よって、光学素子により良好な表面反射防止機能を付与することができ、また高硬度の表面を付与することができる。さらに、加工時または使用時に、かかる光学素子における層間剥離等を好適に抑制することが可能となる。
The oxygen-containing
酸素含有層21は、最表面を最大値としてその厚み方向において酸素濃度が徐々に減少する酸素濃度勾配を有していてよい(図1参照)。酸素含有層21がそのような酸素濃度勾配を有することによって、光学素子20における母材部22と酸素含有層21との物質構造の急激な変化を緩和することができる。よって、光学素子20における母材部22と酸素含有層21との密着性をより向上させることができる。
The oxygen-containing
光学素子20は、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含んだ基材で形成されたレンズや光学フィルタ等であってよい。光学素子20の表面は図1のように平面であってよく、あるいは図2A〜図2Cのようにレンズ25を成すような曲面であってもよい。レンズ25は、光学素子として機能する光を透過させるための光透過部26と、レンズ25の保持などに機能するフランジ部27とで構成される。
The
一実施形態では、酸素含有層21は低反射層である。酸素含有層21が低反射層であることで、光学素子20の表面反射を防止することができ、所望の波長光の光量を確保することができる。酸素含有層21は、光学素子20と屈折率の点で異なる層になっていることで所定の波長光線の表面反射を相殺する構成としてよい。また、付加的/または代替的に、所定の波長光線を吸収することで低反射化する構成としてもよい。
In one embodiment, the oxygen-containing
一実施形態では、酸素含有層21は、光学素子20の母材部22よりも硬度が高くなっている。それゆえ、酸素含有層21は硬化層である。酸素含有層21が硬化層であることで、センサーへの実装時および/または使用時に、光学素子20の表面の割れや傷の発生を防止することができる。
In one embodiment, the oxygen-containing
一実施形態では、酸素含有層21のナノインデンター硬度は、2.5GPa〜4.5GPaである。かかるナノインデンター硬度が2.5GPa以上であると、光学素子20に十分な硬度を持たせることができ、センサーへの実装時および/または使用時に、光学素子20の表面の割れや傷の発生を防止することができる。一方、かかるナノインデンター硬度が4.5GPa以下であると、光学素子20が脆くなることをより抑制し、センサー等への実装時および/または使用時における欠けを防止することができる。ナノインデンター硬度は、好ましくは2.6GPa〜4.4GPaであり、例えば2.7GPa〜4.3GPaである。
In one embodiment, the oxygen-containing
一実施形態では、光学素子20の母材部22に対する酸素含有層21のナノインデンター硬度比は、1.1〜1.7である。かかるナノインデンター硬度比が1.1以上であると、センサーへの実装時および/または使用時に、光学素子20の表面の割れや傷の発生を特に防止することができる。一方、かかるナノインデンター硬度比が1.7以下であると、加工時または使用時において、母材部22への応力集中を特に防止することができる。ナノインデンター硬度比は、好ましくは1.2〜1.65であり、例えば1.3〜1.6である。
In one embodiment, the nano indenter hardness ratio of the oxygen-containing
本明細書における、光学素子20における母材部22および酸素含有層21のナノインデンター硬度は、ナノインデンター計測器により得られるものであってよい。具体的には、Keysight Technologies社製ナノインデンターG200(バーコビッチタイプ圧子)を用いて、光学素子20における表面深さ100nmおよび表面深さ1000nmのナノインデンター硬度をそれぞれ測定し、表面深さ100nmにおける測定値を酸素含有層21のナノインデンター硬度とし、表面深さ1000nmにおける測定値を母材部22のナノインデンター硬度とするものであってよい。また光学素子20の母材部22に対する酸素含有層21のナノインデンター硬度比は、測定された酸素含有層21のナノインデンター硬度を母材部22のナノインデンター硬度で除算した値を指すものであってもよい。
In the present specification, the nanoindenter hardness of the
一実施形態では、酸素含有層21の厚みは、10nm〜5μmである。かかる厚みが10nm以上であると、光学素子20における所定の波長光線の表面反射をより効果的に防止でき、硬度をより高くすることができる。かかる厚みは、光学素子20における硬度を特に高める観点から、例えば100nm以上である。一方、かかる厚みが5μm以下であると、光学素子20における酸素含有層21による赤外線の吸収をより効果的に防止することができる。かかる厚みは、赤外線の吸収を特に防止する観点から、例えば3μm以下である。また、かかる厚みは、光学素子20の表面荒れなどの表面形状の劣化を特に防止する観点から、例えば1000nm以下である。
In one embodiment, the oxygen-containing
一実施形態では、光学素子20に含まれるカルコゲナイド材および/またはカルコハライド材は、硫化物系である。カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材が硫化物系であることで、他のカルコゲン系よりも毒性が小さく、また、短波長側の吸収を小さく抑えることができる。
In one embodiment, the chalcogenide material and / or chalcogenide material included in the
具体的な酸素含有層21の組成としては、モル濃度でGe:2〜22%、SbおよびBiからなる群から選択される少なくとも1種:6〜34%、Sn:1〜20%、S、SeおよびTeからなる群から選択される少なくとも1種:58〜70%、ならびにO:1〜70%であってよい。そのような組成とすることで、光学素子20の透過率をより高くすることができる。また、付加的/または代替的に、酸素含有層21をより高硬度とすることができる。さらに、付加的/または代替的に、光学素子20の成形性をより効果的に向上させることもできる。
As a specific composition of the oxygen-containing
一実施形態では、酸素含有層21において、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材のカルコゲン元素および/またはハロゲン元素の少なくとも一部が酸素で置換されている。酸素含有層21がそのような構造を有することで、酸素含有層21の屈折率をより低くすることができる。また、付加的/または代替的に、硬度をより高くすることができる。さらに、付加的/または代替的に、光学素子20の母材部22との密着性をより高くすることもできる。
In one embodiment, in the oxygen-containing
本明細書における、酸素含有層21の組成および厚みは、X線光電分光法(XPS)によって深さ方向の組成分析により得られるものであってよい。具体的には、酸素含有層21の組成は、X線光電子分光装置(PHI−1800;アルバック・ファイ株式会社製)を用いて、酸素含有層21のXPS測定と、酸素含有層21に対するArスパッタとを交互に繰り返しながら、酸素含有層21の深さ方向における光電子スペクトルを測定し、かかる光電子スペクトルから分析して得られた組成および化学結合状態であってよい。また、酸素含有層21の厚みは、深さ方向における光電子スペクトルから得られる酸素の濃度プロファイルから、酸素含有層21の厚さを算出した値を指すものであってもよい。
In the present specification, the composition and thickness of the oxygen-containing
一実施形態では、光学素子20の母材部22に対する酸素含有層21の屈折率比は、0.4〜0.9である。かかる屈折率比を0.4〜0.9であると、所定の波長光線の表面反射をより効果的に防止できる。屈折率比は、好ましくは0.5〜0.8であり、例えば0.55〜0.75である。
In one embodiment, the refractive index ratio of the oxygen-containing
本明細書における、光学素子20の母材部22に対する酸素含有層21の屈折率比は、屈折率測定装置により得られるものであってよい。具体的には、分光エリプソメーター(HORIBA scientific社製Smart SE)を用いて、母材部22および酸素含有層21の屈折率を測定したものであってよい。光学素子20の母材部22に対する酸素含有層21の屈折率比は、測定された酸素含有層21の屈折率から母材部22の屈折率を除算した値を指すものであってもよい。
In this specification, the refractive index ratio of the oxygen-containing
一実施形態では、光学素子20の可視光領域における平均反射率が1%〜25%である。ここで「可視光領域」とは、380nm〜780nmの波長帯域を指す。かかる平均反射率となることで、可視光での光感知や実像取得に対してより十分な光量が確保できるため、防災・防犯等の監視システム用の光センサーに特に好適に用いることができる。
In one embodiment, the average reflectance in the visible light region of the
一実施形態では、光学素子20の赤外領域における平均反射率が1%〜35%である。ここで「赤外領域」とは、8μm〜12μmの波長帯域を指す。かかる平均反射率となることで、赤外線での放射温度計や暗視野画像の取得に対してより十分な光量が確保できるため、運転支援システム用の車載センサーモジュール等に特に好適に用いることができる。
In one embodiment, the average reflectance of the
本明細書における、可視光領域および赤外領域における平均反射率は、分光光度計により得られるものであってよい。具体的には、可視光領域の平均反射率は、反射率測定器(オリンパス「USPM−RUIII」)を用いて波長380nm〜780nmの分光反射率を波長40nm間隔で測定し、得られた反射率の平均値を指すものであってよい。また、赤外領域の平均反射率は、赤外分光光度計(日立製作所製「270−30」)を用いて波長8μm〜12μmの分光反射率を波長100nm間隔で測定し、得られた反射率の平均値を指すものであってよい。 In the present specification, the average reflectance in the visible light region and the infrared region may be obtained by a spectrophotometer. Specifically, the average reflectance in the visible light region is obtained by measuring the spectral reflectance at a wavelength of 380 nm to 780 nm at a wavelength of 40 nm using a reflectance meter (Olympus "USPM-RUIII"). May be the average value of. The average reflectance in the infrared region is obtained by measuring the spectral reflectance at a wavelength of 8 μm to 12 μm at an interval of 100 nm using an infrared spectrophotometer (“270-30” manufactured by Hitachi, Ltd.). May be the average value of.
本開示の光学素子20は、少なくとも赤外領域の光線を透過させるためのレンズであってよい。特に、防災・防犯等の監視システム用の光センサー、および/または運転支援システム用の車載センサーモジュール等に用いられるレンズであってよい。
The
本開示のカルコゲナイド材は赤外領域に対して好適な透過特性を有し、カルコハライド材は赤外領域だけでなく可視光領域に対しても好適な透過特性を有し得るので、本開示の光学素子では、上記のような光学特性を有することができる。 The chalcogenide material of the present disclosure has suitable transmission characteristics in the infrared region, and the chalcogenide material can have suitable transmission characteristics not only in the infrared region but also in the visible light region. The optical element can have the optical characteristics as described above.
[本開示の光学素子の製造方法]
本開示に係る製造方法は、光学素子20を製造する方法である。特に、本開示は、酸素含有化処理によってカルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含む光学素子20を製造する。カルコゲナイド材およびカルコハライド材は非酸化物で構成される材料であるところ、それらの材料を含む光学素子20を酸素含有化処理に付す点で本開示の製造方法の特徴がある。
[Method for manufacturing optical element of the present disclosure]
The manufacturing method according to the present disclosure is a method of manufacturing the
具体的には、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含む光学素子20の最表面部分のカルコゲナイド材および/またはカルコハライド材に、酸素を含有させる酸素含有化処理を行う。
Specifically, the chalcogenide material and / or the chalcogenide material and / or the chalcogenide material on the outermost surface portion of the
一実施形態では、光学素子の最表面部分のナノインデンター硬度が2.5GPa〜4.5GPaとなるように酸素含有化処理を行う。 In one embodiment, the oxygen-containing treatment is performed so that the nanoindenter hardness of the outermost surface portion of the optical element is 2.5 GPa to 4.5 GPa.
光学素子20の最表面部分に酸素含有層21を形成する方法としては、酸素および/もしくはオゾン存在下で紫外線照射する方法、酸素存在下でアニールする熱酸化法、酸素イオンもしくは酸素プラズマを表面に照射する方法、酸素存在下の雰囲気中に放置させる方法、ならびに/または水と接触させる方法などを用いることができるが、本開示はこれらの方法に限定されない。
As a method of forming the oxygen-containing
本開示の酸素含有化処理は、上記のように光学素子20の表面処理によって、かかる表面を改質する方法であることから、図1の例示態様に示すように、光学素子20の最表面部分に厚み方向で酸素濃度勾配を有する酸素含有層21を形成することができる。酸素含有層21がそのような酸素濃度勾配を有することによって、光学素子20の母材部22と酸素含有層21との物質構造の急激な変化を緩和することができる。よって、光学素子20の母材部22と酸素含有層21との密着性をより向上させることができる。
Since the oxygen-containing treatment of the present disclosure is a method of modifying such a surface by the surface treatment of the
一実施形態では、酸素含有化処理として、光学素子20の表面を酸素存在下で紫外線照射に付す。酸素存在下で紫外線照射することによって、強力な酸化力を持った励起状態の活性酸素(O)を作り出すことができる。かかる活性酸素(O)が、光学素子20の最表面部分に官能基を形成することができ、光学素子20の母材部22とより相互作用の高い酸素含有層21をもたらすことができる。
In one embodiment, as the oxygen-containing treatment, the surface of the
一実施形態では、光学素子20の表面をさらにオゾン曝露に付す。かかるオゾン曝露としては、酸素およびオゾン存在下で紫外線照射に付してよく、酸素存在下で紫外線照射した光学素子20の表面をさらにオゾン存在下で紫外線照射に付してもよい。オゾン曝露に付すことで、より多くの活性酸素(O)を作り出すことができ、光学素子20の母材部22とさらにより相互作用の高い酸素含有層21をもたらすことができる。
In one embodiment, the surface of
一実施形態では、酸素含有化処理として、光学素子20の表面を酸素存在下でアニールに付す。酸素雰囲気下でのアニールは、光学素子20をオーブン等で加熱するのみで実施可能であるため、酸素含有化処理をより簡易かつ安価で行うことができる。
In one embodiment, as the oxygen-containing treatment, the surface of the
酸素含有化処理は、光学素子の対向する2つの最表面部分の双方に付してよく、対向する2つの最表面部分の一方のみに付してもよい。または、光学素子であるレンズの光透過部の最表面部分のみに付してもよい。ここで「対向する2つの最表面部分」とは、図1に示す例示態様でいえば、光学素子20における上側の最表面部分および下側の最表面部分に相当する。また、「光学素子であるレンズの光透過部の最表面部分」とは、図2Cに示す例示態様でいえば、レンズ25における光透過部26の最表面部分に相当する。図2A〜図2Cに示す例示態様でいえば、レンズ25において、対向する2つの最表面部分の双方に酸素含有層21が付されてもよく(図2A)、最表面部分の一方のみに酸素含有層21が付されてもよく(図2B)、光透過部26の最表面部分のみに酸素含有層21が付されてもよい(図2C)。
The oxygen-containing treatment may be applied to both of the two facing outermost surface portions of the optical element, or may be applied to only one of the two facing outermost surface portions. Alternatively, it may be attached only to the outermost surface portion of the light transmitting portion of the lens which is the optical element. Here, “two opposing outermost surface portions” correspond to the uppermost outermost surface portion and the lowermost outermost surface portion of the
光学素子20は、その用途に応じた形状に成形される。例えば、光学素子20の形状は、光学フィルタや赤外線透過窓等では板状形状であり、センサー等のレンズでは凹凸形状(両凹形状、両凸形状等)である。素材から光学素子20の形状に成形するには、研削・研磨および/またはプレス成形等のいずれの方法で成形されてよい。
The
光学素子がレンズである場合、例えばモールドプレス成形によって素材から光学素子が形成してよい。以下、かかる成形方法について例示的に説明する。まず、素材を射出成形によって予め略最終形状にプレ成形する。次いで、素材の荷重たわみ温度以上およびガラス転移点温度未満に加熱された光学素子成形型のキャビティ内に、プレ成形された素材を収納する。次いで、素材の温度が光学素子成形型と略一致して荷重たわみ温度以上およびガラス転移点温度未満になったとき、プレスヘッドを下降させながら素材を押圧することによって変形を保持する。次いで、加圧力を解除して荷重たわみ温度まで冷却したうえで光学素子成形型から光学素子を取り出すことで、所望の形状(例えば、レンズ形状)に成形された光学素子を得ることができる。 When the optical element is a lens, the optical element may be formed from a material by, for example, mold press molding. Hereinafter, such a molding method will be described as an example. First, the material is pre-molded into a substantially final shape by injection molding. Next, the preformed material is stored in the cavity of the optical element molding die that is heated to a temperature above the deflection temperature under load of the material and below the glass transition temperature. Then, when the temperature of the raw material becomes substantially equal to or higher than the deflection temperature under load and lower than the glass transition temperature substantially in agreement with the optical element molding die, the deformation is maintained by pressing the raw material while lowering the press head. Next, the applied pressure is released, the temperature is lowered to the deflection temperature under load, and the optical element is taken out of the optical element molding die, whereby an optical element molded into a desired shape (for example, a lens shape) can be obtained.
以下、実施例に沿って本開示を説明するが、本開示はこれらの実施例によって制限されるものではない。 Hereinafter, the present disclosure will be described with reference to examples, but the present disclosure is not limited to these examples.
[本開示の光学素子の作製]
硫化物系カルコゲナイド材である赤外線透過フィルタIIR−SF2(五十鈴精工ガラス社製)を光学素子として用い、かかる光学素子の表面を大気雰囲気下で紫外線照射に付した。紫外線照射は、低圧水銀ランプ(セン特殊光源株式会社製 200W、185nm波長成分30%)を用いて行い、3つの光学素子サンプルに対して、それぞれ30分、1時間、5時間照射した。
[Fabrication of Optical Element of Present Disclosure]
An infrared transmission filter IIR-SF2 (manufactured by Isuzu Seiko Glass Co., Ltd.), which is a sulfide-based chalcogenide material, was used as an optical element, and the surface of the optical element was subjected to ultraviolet irradiation in the atmosphere. Ultraviolet irradiation was performed using a low-pressure mercury lamp (200 W, 185
[反射率の測定]
各光学素子サンプルの可視光反射率は、反射率測定器(オリンパス「USPM−RUIII」)を用いて、入射角度Φ=0度における波長380nm〜780nmの反射率を測定した。各光学素子サンプルの波長380nm〜780nmの反射率を図3に示した。
[Measurement of reflectance]
The visible light reflectance of each optical element sample was measured using a reflectance measuring device (Olympus "USPM-RUIII") at a wavelength of 380 nm to 780 nm at an incident angle Φ = 0 degree. The reflectance of each optical element sample at wavelengths of 380 nm to 780 nm is shown in FIG.
図3に示すように、全ての光学素子のサンプルにおいて、波長380nm〜780nm全域で反射率の低下を示した。また、紫外線の照射時間の増加と反射率の低下を示した。よって、酸素含有化処理に付すことで、光学素子により良好な表面反射防止機能を付与できることが分かった。 As shown in FIG. 3, in all the optical element samples, the reflectance was decreased in the entire wavelength range of 380 nm to 780 nm. In addition, the UV irradiation time increased and the reflectance decreased. Therefore, it was found that the optical element can be provided with a good surface antireflection function by being subjected to the oxygen-containing treatment.
[反射率の光学シミュレーション]
5時間紫外線照射に付した光学素子サンプルから測定された物性値を用いて、光学シミュレーションにより波長380nm〜780nmの反射率を計算した。かかる物性値として、光学素子の母材部の屈折率:3.10、酸素含有層の屈折率:1.99および酸素含有層厚み:112nmを用いた。結果について図3に示すように、実測値と光学シミュレーションによる計算値が良好に一致しており、光学素子20の表面に酸素含有層21を形成することで、所望の反射率防止機能が得られることが分かった。
[Optical simulation of reflectance]
The reflectance at a wavelength of 380 nm to 780 nm was calculated by optical simulation using the physical property values measured from the optical element sample that was subjected to ultraviolet irradiation for 5 hours. As the physical property values, the refractive index of the base material portion of the optical element: 3.10, the refractive index of the oxygen-containing layer: 1.99, and the oxygen-containing layer thickness: 112 nm were used. Regarding the results, as shown in FIG. 3, the measured value and the calculated value by the optical simulation are in good agreement, and the desired reflectance preventing function can be obtained by forming the oxygen-containing
[ナノインデンター硬度の測定]
ナノインデンター硬度の測定は、Keysight社製ナノインデンターG200を用い、バーコビッチタイプ圧子を用いて実施した。測定における押し込み深さは750nmまでとして硬度を算出した。酸素含有化処理時間が5時間の光学素子のナノインデンター硬度について、図4に示した。
[Measurement of nano-indenter hardness]
The measurement of the nano indenter hardness was performed using a Nanoindenter G200 manufactured by Keysight Co., Ltd. using a Berkovich type indenter. The indentation depth in the measurement was set to 750 nm and the hardness was calculated. The nano indenter hardness of the optical element having the oxygen-containing treatment time of 5 hours is shown in FIG.
図4に示すように、光学素子20のサンプルにおいて、表面硬度の増加を示した。特に最表層〜100nmにおいて、顕著な表面硬度の増加を示した。よって、光学素子20の表面に酸素含有層21を形成することで、光学素子20に高い表面硬度を付与できることが分かった。
As shown in FIG. 4, the sample of the
以上、実施形態について説明してきたが、あくまでも典型例を例示したに過ぎない。従って、本開示の製造方法および光学素子はこれに限定されず、種々の態様が考えられることを当業者は容易に理解されよう。 The embodiments have been described above, but they are merely typical examples. Therefore, those skilled in the art will easily understand that the manufacturing method and the optical element of the present disclosure are not limited to this and various modes are conceivable.
以上のように本開示によれば、特に、防災・防犯等の監視システム用の光センサー、および/または運転支援システム用の車載センサーモジュール、高品位な結像光学系、対物光学系、走査光学系、ピックアップ光学系等の各種光学系、光学素子鏡筒ユニット、光ピックアップユニット、撮像ユニット等の各種光学ユニット、および撮像装置、光ピックアップ装置、光走査装置等を実現することが可能となる。 As described above, according to the present disclosure, in particular, an optical sensor for a disaster prevention / crime prevention monitoring system, and / or a vehicle-mounted sensor module for a driving support system, a high-quality imaging optical system, an objective optical system, and a scanning optical system. System, various optical systems such as a pickup optical system, various optical units such as an optical element barrel unit, an optical pickup unit, an image pickup unit, and an image pickup device, an optical pickup device, an optical scanning device, and the like.
20 光学素子
21 酸素含有層
22 母材部
25 レンズ
26 光透過部
27 フランジ部
20
Claims (13)
カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含み、
最表面部分に前記カルコゲナイド材および/または前記カルコハライド材の酸素含有層を有し、該酸素含有層のナノインデンター硬度が2.5GPa〜4.5GPaである、光学素子。 An optical element,
Including chalcogenide material and / or chalcogenide material,
An optical element having an oxygen-containing layer of the chalcogenide material and / or the chalcogenide material on the outermost surface portion, and the nano-indenter hardness of the oxygen-containing layer is 2.5 GPa to 4.5 GPa.
前記光学素子が、カルコゲナイド材および/またはカルコハライド材を含み、
前記光学素子の最表面部分のカルコゲナイド材および/またはカルコハライド材に、酸素を含有させる酸素含有化処理を行い、該酸素含有化処理によって該最表面部分のナノインデンター硬度を2.5GPa〜4.5GPaとする、光学素子の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing an optical element, comprising:
The optical element contains a chalcogenide material and / or a chalcogenide material,
The chalcogenide material and / or the chalcogenide material of the outermost surface portion of the optical element is subjected to an oxygen-containing treatment for containing oxygen, and the oxygen-containing treatment causes the nanoindenter hardness of the outermost surface portion to be 2.5 GPa to 4 The manufacturing method of an optical element which makes it 5 GPa.
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