JP2020083700A - 光学部材及び光学部材の製造方法 - Google Patents

光学部材及び光学部材の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2020083700A
JP2020083700A JP2018219874A JP2018219874A JP2020083700A JP 2020083700 A JP2020083700 A JP 2020083700A JP 2018219874 A JP2018219874 A JP 2018219874A JP 2018219874 A JP2018219874 A JP 2018219874A JP 2020083700 A JP2020083700 A JP 2020083700A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
optical member
uppermost layer
film
sio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018219874A
Other languages
English (en)
Inventor
正章 能勢
Masaaki Nose
正章 能勢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to JP2018219874A priority Critical patent/JP2020083700A/ja
Priority to EP19207675.0A priority patent/EP3660548A1/en
Priority to US16/688,160 priority patent/US20200166672A1/en
Priority to CN201911146331.5A priority patent/CN111221057A/zh
Publication of JP2020083700A publication Critical patent/JP2020083700A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/14Protective coatings, e.g. hard coatings
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11Anti-reflection coatings
    • G02B1/113Anti-reflection coatings using inorganic layer materials only
    • G02B1/115Multilayers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/3411Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
    • C03C17/3429Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating
    • C03C17/3447Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating comprising a halide
    • C03C17/3452Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating comprising a halide comprising a fluoride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0694Halides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/10Glass or silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/28Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/18Coatings for keeping optical surfaces clean, e.g. hydrophobic or photo-catalytic films
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R11/00Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for
    • B60R11/04Mounting of cameras operative during drive; Arrangement of controls thereof relative to the vehicle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R11/00Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for
    • B60R2011/0001Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for characterised by position
    • B60R2011/004Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for characterised by position outside the vehicle
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00Coatings on glass
    • C03C2217/20Materials for coating a single layer on glass
    • C03C2217/21Oxides
    • C03C2217/212TiO2
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00Coatings on glass
    • C03C2217/20Materials for coating a single layer on glass
    • C03C2217/21Oxides
    • C03C2217/213SiO2
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00Coatings on glass
    • C03C2217/20Materials for coating a single layer on glass
    • C03C2217/21Oxides
    • C03C2217/214Al2O3
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00Coatings on glass
    • C03C2217/20Materials for coating a single layer on glass
    • C03C2217/28Other inorganic materials
    • C03C2217/284Halides
    • C03C2217/285Fluorides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00Coatings on glass
    • C03C2217/70Properties of coatings
    • C03C2217/73Anti-reflective coatings with specific characteristics
    • C03C2217/734Anti-reflective coatings with specific characteristics comprising an alternation of high and low refractive indexes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2218/00Methods for coating glass
    • C03C2218/10Deposition methods
    • C03C2218/15Deposition methods from the vapour phase
    • C03C2218/154Deposition methods from the vapour phase by sputtering
    • C03C2218/156Deposition methods from the vapour phase by sputtering by magnetron sputtering
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0018Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

【課題】本発明の課題は、SiO2を主成分として含有する最上層の塩水による溶解剥離性を改善することで、経時による下層の分光反射率への影響やそれに伴うゴーストやフレアの発生がない、塩水耐性に優れる光学部材及びその製造方法を提供することである。【解決手段】本発明の光学部材は、基板上に、誘電体多層膜を有する光学部材であって、最上層の直下層がSiO2、MgF2、又はAl2O3のいずれかを含有する層、又はこれらの材料からなる混合物含有層であり、かつ、最上層がSiO2を主成分とし、少なくともCr又はTiのいずれかの元素を含有する金属酸化物層であることを特徴とする。【選択図】図7

Description

本発明は、光学部材及び光学部材の製造方法に関し、より詳しくは、SiOを主成分として含有する最上層の塩水による溶解剥離性を改善することで、環境劣化による下層の分光反射率への影響やそれに伴うゴーストやフレアの発生がない、塩水耐性に優れる光学部材等に関する。
車両の運転支援のため、車両にカメラを搭載することが行われている。より具体的には、車両の後方や側方を撮像するカメラを自動車の車体に搭載し、このカメラによって撮像された映像を運転者が視認可能な位置に表示することによって死角を減らし、これにより安全運転に貢献できる。
ところで、車載カメラは車外に取り付けられる場合が多く、用いられるレンズについては、耐環境性への保証要求が厳しい。例えば、レンズへの塩水噴霧試験において、レンズ表面にある反射防止層の成分であるSiOが塩水に溶解することで分光反射率が変化すると、ゴーストやフレアの発生の原因となる。
したがって、レンズ最上層には低屈折率材料を主成分とし、下層の分光反射率に影響の小さい最上層を形成することが好ましいが、20nm以上の層厚の比較的厚い最上層であると反射防止層の分光反射率が変化するため、できるだけ薄膜であり、可能であれば層厚が15nm以下の最上層、特に10nm以下の最上層を形成することが望ましい。
誘電体多層膜を有する薄膜な光学素子として、Al含有層とSiO含有層とを複数交互に積層し、さらに最上層としてSiOを含有する層を積層する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、最上層が単にSiOを含有する層であると、前記塩水噴霧試験において、表面にあるSiOが塩水に溶解することで分光反射率が変化し、ゴーストやフレアの発生の原因となり問題は解決しない。
一方、耐久性の観点から緻密な最上層の成膜手段として、蒸着法に加えてイオンアシストデポジション(Ion Assisted Deposition)(以下、単に「IAD」ともいう。)法を用いた成膜技術が知られている(例えば、特許文献2及び特許文献3参照。)。
前記IAD法は、成膜中にイオンの持つ高い運動エネルギーを作用させて高密度な膜を形成し、かつ、膜と基材の密着力を高める方法であり、最上層の耐久性を向上する手段として適用することは好ましい。
しかしながら、前記IAD法を用いた蒸着法は、前記最上層に要求される極めて薄膜な層形成に適用すると、装置内で周方向の層厚が均一にならない。また最上層材料を混合物とする場合、蒸気圧の近い材料に限定される問題が生じ、所望の材料比、層厚で最上層を形成することが困難である。
したがって、レンズ最上層には低屈折率材料であるSiOを主成分としながら、塩水噴霧試験において当該SiO含有層の溶解剥離による分光反射率の変化やゴーストやフレアの発生がない、塩水耐性に優れる光学部材の出現が待たれている。
特開2001−074931号公報 特開2003−221663号公報 国際公開第2015/030015号
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、SiOを主成分として含有する最上層の塩水による溶解剥離性を改善することで、経時による下層の分光反射率への影響やそれに伴うゴーストやフレアの発生がない、塩水耐性に優れる光学部材及びその製造方法を提供することである。
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、基板上に、反射防止層を複数有する光学部材であって、最上層の直下層が低屈折率材料、例えばSiO、MgF、Alのいずれかを含有する薄膜、又はこれらの材料からなる混合物の含有層であり、かつ、最上層がSiOを主成分とし、少なくとも特定の元素を含有する金属酸化物層である構成によって、SiOを主成分として含有する最上層の塩水による溶解剥離性を改善することで、経時による下層の分光反射率への影響やそれに伴うゴーストやフレアの発生がない、塩水耐性に優れる光学部材が得られることを見出した。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
1.基板上に、誘電体多層膜を有する光学部材であって、
最上層の直下層がSiO、MgF、又はAlのいずれかを含有する層、又はこれらの材料からなる混合物含有層であり、かつ、
最上層がSiOを主成分とし、少なくともCr又はTiのいずれかの元素を含有する金属酸化物層であることを特徴とする光学部材。
2.前記最上層に含有される前記Crの含有量が、0.3at%超、かつ2.3at%未満の範囲であることを特徴とする第1項に記載の光学部材。
3.前記最上層に含有される前記Tiの含有量が、0.2at%超、かつ0.8at%未満の範囲であることを特徴とする第1項に記載の光学部材。
4.前記最上層に含有されるSiの含有量が、9at%超、かつ31at%未満の範囲であることを特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載の光学部材。
5.前記最上層の層厚が、15nm以下であることを特徴とする第1項から第4項までのいずれか一項に記載の光学部材。
6.前記最上層の光波長587.56nmに対する屈折率が、1.6以下であることを特徴とする第1項から第5項までのいずれか一項に記載の光学部材。
7.前記直下層のさらに下層側に、TiOを含有する層を有することを特徴とする第1項から第6項までのいずれか一項に記載の光学部材。
8.光波長420〜680nmの範囲において、法線方向からの光入射に対する分光反射率が、平均2%以下であることを特徴とする第1項から第7項までのいずれか一項に記載の光学部材。
9.第1項から第8項までのいずれか一項に記載の光学部材を製造する光学部材の製造方法であって、
前記最上層を、イオンアシストデポジション法のイオンソースをスパッタ源として用いて形成することを特徴とする光学部材の製造方法。
本発明の上記手段により、SiOを主成分として含有する最上層の塩水による溶解剥離性を改善することで、経時による下層の分光反射率への影響やそれに伴うゴーストやフレアの発生がない、塩水耐性に優れる光学部材及びその製造方法を提供することができる。
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、以下のとおりである。
従来のTa/SiO含有層が複数交互に積層された誘電体多層膜の構成において、最上層を形成するSiO含有層の塩水耐性を評価するために、塩水噴霧試験を実施し、当該SiO含有層が溶解剥離したときの分光反射率の変化を調べた。
図1は、最上層を形成するSiO含有層が、塩水噴霧試験において塩水に溶解し剥離したときの分光反射率の変化を示す図である。
反射防止機能を有するTa/SiOが複数交互に積層された誘電体多層膜(基板/Ta(26.4nm)/SiO(24.9nm)/Ta(26.4nm)/SiO(29.4nm)/Ta(130.1nm)/SiO(87.5nmの構成、括弧内は層厚を示す。)において、最上層を形成するSiO含有層を、下記塩水噴霧試験を実施後、分光反射特性を測定する。分光反射率は、光波長域(350〜800nmの範囲)で、例えば、日立ハイテクノロジー社製分光光度計U−4100にて測定することができる。
<塩水噴霧試験>
以下の(a)〜(c)を1サイクルとし、8サイクル実施する。
(a)35±2℃の噴霧槽内温度にて、25±2℃の下記溶剤を2時間試料表面に噴霧する(塩水濃度5%)。
(b)噴霧終了後40±2℃、95%RHにて22時間放置する。
(c)(a)及び(b)を4回繰り返した後に、25℃、55%RHに72時間放置する。
〈溶剤〉
使用溶質:NaCl、MgCl、CaCl
溶質濃度:5±1%(質量比)
図1によれば、塩水噴霧試験前の試料(0と記載)の分光反射率に対して、塩水によってSiO含有層が表面から5nm溶解(−5と記載)、10nm溶解(−10と記載)、20nm溶解(−20と記載)になるにしたがって、試料の分光反射率は、顕著に変化することが分かる。このような変化によって、例えば、レンズ上の反射防止層(誘電体多層膜)の最上層が外的環境(塩水)によって溶解剥離したときには、フレアやゴーストが発生し、製造当初性能から劣化するものと考えられる。
本発明の光学部材は、基板上に、反射防止層を複数有する光学部材であって、最上層の直下層がSiO、MgF、又はAlのいずれかを含有する層、又はこれらの材料からなる混合物含有層であり、かつ、最上層がSiOを主成分とし、少なくともCr又はTiのいずれかの元素を含有する金属酸化物層であることを特徴とするものである。
特に、最上層がSiOを主成分とし、少なくともCr又はTiのいずれかの元素を特定量含有することで、SiOの耐塩水溶解性を改善できることを見出したものである。
Cr又はTiのいずれかの元素を含有することで、SiO含有層の塩水耐性が改善される機構は、以下のように推察している。
SiO含有層の塩水噴霧試験では、塩水の25℃でのpHが7程度(弱アルカリ性)であるのでSi−O結合が切断されやすくなり、含有層が徐々に塩水に溶解し剥離していくものと推察される。したがって、当該pHの領域で酸化物や水酸化物の活量がイオンのそれよりも大きいCr又はTiのいずれかの元素をSiO含有層に添加することで、塩水に対する前記結合が安定化し溶解性が低下するものである。
一方、本発明に係る最上層は、高密度な膜として形成されることが、薄膜でありながら堅牢である膜形成の観点から好ましい。
本発明に係る最上層は、イオンアシストデポジション法のイオンソースをスパッタ源として用いてスパッタリング成膜することは、生産性の観点より好ましい成膜方法である。
前述のように、IAD法を用いた蒸着法を、最上層に要求される極めて薄膜な層の成膜に適用すると、装置内で周方向の層厚が均一にならない。また、最上層材料を混合物とする場合、蒸気圧の近い材料に限定される問題が生じ、所望の材料比、層厚で最上層を形成することが困難で、期待される塩水耐性に達しないという問題があった。
本発明では、基板の誘電体多層膜上に、本発明に係る最上層をIAD法のイオンソースをスパッタ源としてスパッタリング成膜する方法を採用することで、成膜物質を任意の組成比で、かつ均質で薄い最上層を高い生産性を確保し、形成することが可能となる。
具体的には、前記基板上の誘電体多層膜と前記イオンソースの間にスパッタリングターゲットを配置し、当該スパッタリングターゲットの前記基板と対向する面とは反対側の面をイオンビームによってスパッタリングすることにより、当該スパッタリングされたターゲット粒子の基板への飛散速度が遅延し、成膜速度を従来法よりも遅くすることができる。その結果、基板上に極めて層厚の薄い層でありながら、所望の材料組成比で均一な薄膜を形成できる。例えば、このように成膜した最上層は、下層の分光反射率への影響がなく、塩水噴霧試験によるSiOの溶解剥離がない優れた塩水耐性を有する最上層となる。
SiO含有層の塩水噴霧試験による分光反射率の変化を示すグラフ 本発明の光学部材の構成を示す模式図 IAD蒸着装置の一例を示す模式図 イオンビームスパッタリング成膜装置の一例を示す模式図 複数の成膜材料を用いた場合のスパッタリングターゲットの配置を示す模式図 成膜材料が2種の場合の具体的なスパッタリングターゲットの配置を示す平面図及び断面図 IAD蒸着装置とイオンビームスパッタリング装置とを兼ね備えた成膜装置の一例 光学部材サンプルの分光反射率を測定したグラフ 光学部材サンプルの分光反射率を測定したグラフ 光学部材サンプルの分光反射率を測定したグラフ 光学部材サンプルの分光反射率を測定したグラフ 光触媒効果評価方法を示した模式図
本発明の光学部材は、基板上に、誘電体多層膜を有する光学部材であって、最上層の直下層がSiO、MgF、又はAlのいずれかを含有する層、又はこれらの材料からなる混合物含有層であり、かつ、最上層がSiOを主成分とし、少なくともCr又はTiのいずれかの元素を含有する金属酸化物層であることを特徴とする。この特徴は、下記実施態様に共通する又は対応する技術的特徴である。
本発明の実施態様としては、本発明の効果発現の観点から、前記最上層に含有される前記Crの含有量が、0.3at%超、かつ2.3at%未満の範囲であり、前記Tiの含有量が、0.2at%超、かつ0.8at%未満の範囲であり、さらに、前記最上層に含有されるSiの含有量が、9at%超、かつ31at%未満の範囲であることが、塩水耐性を向上する観点から、好ましい。
また、前記最上層の層厚が、15nm以下であることが、下層の分光反射率を変化させないことから好ましく、より好ましくは10nm以下である。
前記最上層の光波長587.56nmに対する屈折率は、1.6以下であることが、下層の分光反射率を変化させないことから好ましい屈折率の範囲である。より好ましい屈折率は1.4〜1.5の範囲である。
前記直下層のさらに下層側に、TiOを含有する層を有することが、セルフクリーニング(防汚機能)である光触媒作用を本発明に係る光学部材に付与する観点から、好ましい。
また、本発明の光学部材は、光波長420〜680nmの範囲において、法線方向からの光入射に対する分光反射率が平均2%以下であることが、車載用のレンズとして撮像された映像の視認性を向上する観点から、好ましい。
本発明の光学部材を製造する光学部材の製造方法は、前記最上層を、イオンアシストデポジション法のイオンソースをスパッタ源として用いて形成することが、高い生産性を確保する上で好ましい製造方法である。
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
≪本発明の光学部材の概要≫
本発明の光学部材は、基板上に、誘電体多層膜を有する光学部材であって、最上層の直下層がSiO、MgF、又はAlのいずれかを含有する層、又はこれらの材料からなる混合物含有層であり、かつ、最上層がSiOを主成分とし、少なくともCr又はTiのいずれかの元素を含有する金属酸化物層であることを特徴とする。
図2は、本発明の光学部材の構成を示す模式図である。
反射防止機能を有する誘電体多層膜は、例えば、レンズを構成するガラス製の基板101の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率層103、105と、前記高屈折率層よりも低い屈折率を有する低屈折率層102、104、106とを有する。これら高屈折率層と、低屈折率層とが交互に積層された多層構造を有することが好ましい。本発明の光学部材は、光波長420〜680nmの範囲において、法線方向からの光入射に対する分光反射率が平均2%以下であることが、車載用のレンズとして撮像された映像の視認性を向上する観点から、好ましい。
本発明に係る最上層の直下層とは、図2における低屈折率層106をいい、SiO、MgF、又はAlのいずれかを含有する層、又はこれらの材料からなる混合物含有層である。
本発明に係る最上層107は、SiOを主成分とし、少なくともCr又はTiのいずれかの元素を含有する金属酸化物層である。当該最上層の光波長587.56nmに対する屈折率は、1.6以下であることが、光反射層として、下層の分光反射率を変化させないことから好ましい屈折率の範囲である。当該屈折率は、前記SiO、Cr又はTiの混合比率を適宜設計することで制御できる。なお、最上層の組成比を変更し屈折率が1.6を超えても、層厚が非常に薄く分光特性を維持しながら、塩水噴霧に耐える反射防止層を形成することも可能であると推察する。
なお、図2で示す本発明の光学部材は、基板101上に低屈折率層、高屈折率層及び本発明に係る最上層107とその直下層106が積層されて誘電体多層膜を構成しているが、基板101の両側に本発明に係る最上層とその直下層とが形成されていてもよい。すなわち、本発明に係る最上層とその直下層は外部環境に曝露される側にあることが好ましい態様であるが、曝露される側ではなく、例えば、暴露される側とは反対側となる内側においても内部環境の影響を防止するために、本発明に係る最上層とその直下層とが形成されていてもよい。また、本発明の光学部材は、レンズ以外に、例えば反射防止部材や遮熱部材などの光学部材に適用することができる。
〔1〕誘電体多層膜の構成と製造方法
反射防止機能を有する誘電体多層膜は、前述のとおり、基板の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率層と、前記高屈折率層よりも低い屈折率を有する低屈折率層とを有する。これら高屈折率層と、低屈折率層とが交互に積層された多層構造を有することが好ましい。層数に関しては特に制限されるものではないが、12層以内であることが高い生産性を維持して反射防止層を得る観点から、好ましい。すなわち、積層数は、要求される光学性能によるが、おおむね3〜8層程度の積層をすることで、可視域全体の反射率を低下させることができ、上限数としては12層以下であることが、膜の応力が大きくなって膜が剥がれたりすることを防止できる点で好ましい。
高屈折率層の光波長587.56nmに対する屈折率は、1.9〜2.45の範囲内であり、低屈折率層の光波長587.56nmに対する屈折率は、1.3〜1.5の範囲内であることが、好ましい。
本発明に係る誘電体多層膜(高屈折率層、低屈折率層)に用いられる材料としては、好ましくは、例えば、Ti、Ta、Nb、Zr、Ce、La、Al、Si、及びHfなどの酸化物、又はこれらを組み合わせた酸化化合物及びMgFが適している。また、異なる誘電体材料を複数層積み重ねることで、可視域全体の反射率を低下させた機能を付加することができる。
前記低屈折率層は、基板よりも屈折率が低い材料から構成され、本発明においては、SiOやその他、SiOとAlの混合物などであることが好ましい。特に、最上層の直下層は、SiO、MgF、又はAlのいずれかを含有する層、又はこれらの材料からなる混合物含有層であることが、分光反射率の観点から好ましい。
前記高屈折率層は、基板よりも屈折率が高い材料から構成され、例えば、Taの酸化物とTiの酸化物の混合物や、その他、Tiの酸化物、Taの酸化物、Laの酸化物とTiの酸化物の混合物などであることが好ましい。本発明においては、TaやTiOであることが好ましく、より好ましくはTaである。
なお、本発明の光学部材において、前記直下層のさらに下層側に、TiOを含有する層をセルフクリーニング機能を有する光触媒層として用いることが好ましい。TiOのセルフクリーニング機能とは、光触媒による有機物分解効果をいう。これは、TiOに紫外光が照射されたときに、電子が放出された後にOHラジカルが生じ、当該OHラジカルの強い酸化力によって有機物を分解するものである。本発明の光学部材にTiO含有層を加えることで、光学部材に付着した有機物等が汚れとして光学系を汚染するのを防止することができる。その際は、上層のSiO含有層は、やや粗である膜質であることが、OHラジカルが移動しやすく、光学部材表面の防汚性を向上できるため好ましい。これは、上層のSiO含有層を成膜する際のIAD条件を制御することで、膜質を制御することが可能である。
誘電体多層膜の厚さ(複数層積層した場合は全体の厚さ)は、好ましくは、50nm〜5μmの範囲内である。厚さが50nm以上であれば、反射防止の光学特性を発揮させることができ、厚さが5μm以下であれば、多層膜自体の膜応力による面変形が発生するのを防止することができる。 基板上に金属酸化物等の薄膜を形成する方法として、蒸着系では真空蒸着法、イオンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等、スパッタ系ではスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法等が知られているが、本発明の最上層を除く誘電体多層膜を形成する成膜方法としては、IAD法を用いる真空蒸着法(以下、本発明ではIAD蒸着法ともいう。)であることが好ましい。
IAD法は、成膜中にイオンの持つ高い運動エネルギーを作用させて緻密な膜としたり、膜の密着力を高める方法であり、例えばイオンビームによる方法は、イオンソースから照射されるイオン化されたガス分子により被着材料を加速し、基板表面に成膜する方法である。IAD法は、「イオンビームアシスト法」ともいう。
図3は、IAD法を用いた真空蒸着装置の一例を示す模式図である。
IAD法を用いた真空蒸着装置1(以下、本発明ではIAD蒸着装置ともいう。)は、チャンバー2内にドーム3を具備し、ドーム3に沿って基板4が配置される。蒸着源5は蒸着物質を蒸発させる電子銃、又は抵抗加熱装置を具備し、蒸着源5から蒸着物質6が、基板4に向けて飛散し、基板4上で凝結、固化する。その際、IADイオンソース7より基板に向けてイオンビーム8を照射し、成膜中にイオンの持つ高い運動エネルギーを作用させて緻密な膜としたり、膜の密着力を高めたりする。
ここで基板4は、ガラス、樹脂等が挙げられる。樹脂としてはポリカーボネート樹脂やシクロオレフィン樹脂等が挙げられる。
チャンバー2の底部には、複数の蒸着源5が配置されうる。ここでは、蒸着源5として1個の蒸着源を示しているが、蒸着源5の個数は複数あってもよい。蒸着源5の成膜材料(蒸着材料)を電子銃によって蒸着物質6を発生させ、チャンバー2内に設置される基板4(例えばガラス板)に成膜材料を飛散、付着させることにより、成膜材料からなる層(例えば、低屈折率素材である、SiO2、MgF、又はAl層や、高屈折率素材である、TaやTiOなど)が基板4上に成膜される。
また、チャンバー2には、図示しない真空排気系が設けられており、これによってチャンバー2内が真空引きされる。チャンバー内の減圧度は、通常1×10−4〜1Pa、好ましくは1×10−3〜1×10−2Paの範囲である。
ドーム3は、基板4を保持するホルダー(不図示)を、少なくとも1個保持するものであり、蒸着傘とも呼ばれる。このドーム3は、断面円弧状であり、円弧の両端を結ぶ弦の中心を通り、その弦に垂直な軸を回転対称軸として回転する回転対称形状となっている。ドーム3が軸を中心に例えば一定速度で回転することにより、ホルダーを介してドーム3に保持された基板4は、軸の周りに一定速度で公転する。
このドーム3は、複数のホルダーを回転半径方向(公転半径方向)及び回転方向(公転方向)に並べて保持することが可能である。これにより、複数のホルダーによって保持された複数の基板4上に同時に成膜することが可能となり、素子の製造効率を向上させることができる。
IADイオンソース7は、本体内部にアルゴンや酸素ガスを導入してこれらをイオン化させ、イオン化されたガス分子(イオンビーム8)を基板4に向けて照射する機器である。イオン源としては、カウフマン型(フィラメント)、ホローカソード型、RF型、バケット型、デュオプラズマトロン型等を適用することができる。IADイオンソース7から上記のガス分子を基板4に照射することにより、例えば複数の蒸発源から蒸発する成膜材料の分子を基板4に押し付けることができ、密着性及び緻密性の高い膜を基板4上に成膜することができる。IADイオンソース7は、チャンバー2の底部において基板4に対向するように設置されているが、対向軸からずれた位置に設置されていても構わない。
IAD法で用いるイオンビームは、イオンビームスパッタリング法で用いられるイオンビームよりは、低真空度で用いられ、加速電圧も低い傾向にある。例えば加速電圧が100〜2000Vのイオンビーム、電流密度が1〜120μA/cmのイオンビーム、又は加速電圧が500〜1500Vで電流密度が1〜120μA/cmのイオンビームを用いることができる。成膜工程において、イオンビームの照射時間は例えば1〜800秒とすることができ、またイオンビームの粒子照射数は例えば1×1013〜5×1017個/cmとすることができる。成膜工程に用いられるイオンビームは、酸素のイオンビーム、アルゴンのイオンビーム、又は酸素とアルゴンの混合ガスのイオンビームとすることができる。例えば、酸素導入量30〜60sccm、アルゴン導入量0〜10sccmの範囲内とすることが好ましい。
モニターシステム(不図示)は、真空成膜中に各蒸着源5から蒸発して自身に付着する層を監視することにより、基板4上に成膜される層の波長特性を監視するシステムである。このモニターシステムにより、基板4上に成膜される層の光学特性(例えば分光透過率、分光反射率、光学層厚など)を把握することができる。また、モニターシステムは、水晶層厚モニターも含んでおり、基板4上に成膜される層の物理層厚を監視することもできる。このモニターシステムは、層の監視結果に応じて、複数の蒸発源5のON/OFFの切り替えやIADイオンソース7のON/OFFの切り替え等を制御する制御部としても機能する。
〔2〕最上層の構成と製造方法
本発明に係る最上層は、SiOを主成分とし、少なくともCr又はTiのいずれかの元素を含有する金属酸化物層であることを特徴とする。ここで主成分としては、最上層に含有される元素としてSiが最も多く含まれることをいう。
前記最上層に含有されるSiの含有量が、9at%超、かつ31at%未満の範囲であり、前記最上層に含有される前記Crの含有量が、0.3at%超、かつ2.3at%未満の範囲であり、前記Tiの含有量が、0.2at%超、かつ0.8at%未満の範囲であることが、低屈折率層としての機能と塩水耐性を向上する機能の観点から、好ましい含有量である。
本発明の好ましい最上層の成膜方法としては、高い生産性を確保するため、IAD法で用いられるイオンソースをスパッタ源として活用することが好ましい。
このようなスパッタリング成膜を行うことで、成膜速度が10pm/sec以下という従来にない遅い成膜速度で、基板上にSiOのような金属酸化物を主成分とした混合膜を成膜することができる。成膜速度がpm/secオーダーであるため、従来の蒸着法やスパッタリング法に比較して、1/10〜1/100程度の成膜速度を実現し、均質で材料の混合比が安定した極めて薄い膜(例えば、層厚が5nm以下の範囲)を製造することが可能である。
以下、図をもって本発明に係る最上層の成膜方法を説明する。
<第1実施形態:イオンビームスパッタリング成膜装置を用いた成膜方法>
図4は、本発明に係るイオンソースから照射されるイオンビームによってスパッタリングするイオンビームスパッタリング成膜装置の模式図である。但し、この図は一例であって、これに限定されるものではない。
本発明に係るイオンビームスパッタリング成膜装置50は、図3のIAD蒸着装置と同様にチャンバー2内にドーム3を具備し、ドーム3に沿って基板4が配置される。
スパッタ源はIADイオンソース7であり、当該IADイオンソース7から照射されるイオンビーム8を、第1スパッタリングターゲット52及び第2スパッタリングターゲット53に向けて照射する。図4においては、2元スパッタリングを行う場合について説明しているが、スパッタリングターゲットは1種でもよい。
第1スパッタリングターゲット52及び第2スパッタリングターゲット53は、前記基板4と前記IADイオンソース7の間にあるターゲットホルダー51上に配置され、当該第1スパッタリングターゲット52及び第2スパッタリングターゲット53の前記基板4と対向する面とは反対側の面をIADイオンソース7からのイオンビーム8によってスパッタリングし、スパッタ粒子54及び55を生成、飛散し、基板4上に成膜する。
スパッタリングターゲットは、一種でも複数種の成膜材料でも重ねて配置することが可能であり、同時多元スパッタが可能である。図4では、例えば、TiOを主成分とする第1スパッタリングターゲット52とSiOを主成分とする第2スパッタリングターゲット53を重ねて配置し、同時2元スパッタリングを行っている。
本発明の特徴は、前記スパッタ粒子54及び55は、前記基板4と対向する面とは反対側の面にイオンビーム8によるスパッタリングによって生成し、基板に直接対向している面においては生成しない。そのため、スパッタ粒子54及び55は、スパッタリングターゲットを迂回しながら基板に向けて飛散し成膜に寄与することから、成膜速度を遅くすることが可能である。
したがって、成膜速度はイオンビーム照射時間に加えて、スパッタリングターゲットの大きさ(図中のΦ)、IADイオンソースからスパッタリングターゲットまでの距離(図中のH)、スパッタリングターゲットから基板4までの距離等が制御因子となる。したがって、公知の蒸着法やスパッタリング法に比較して、10pm/sec以下という、従来法比1/10〜1/100の成膜速度を実現し、均質な極めて薄い膜を製造することが可能となる。
成膜速度は、好ましくは5pm/sec以下、より好ましくは0.1〜2pm/secの範囲である。
また、成膜速度を調整する観点から、スパッタリングターゲットは、前記IADイオンソースからの距離(H)以外に当該IADイオンソースに対向する角度を変えることも好ましく、さらにスパッタリングターゲットを回転させながらスパッタリング成膜することや、リフトさせながらスパッタリング成膜することも、成膜速度の調整と組成安定化の観点から好ましい方法である。
多元スパッタリングに関しては、本発明に係るスパッタリングターゲットは、当該ターゲットのスパッタリングされる面が、金属面とガラス面とを有していることが、好ましい。
前記金属面は、Ti、Cr、Ni及びAlのいずれかの元素を含むことが、最上層として塩水耐性を向上する観点から、好ましい。
また、前記ガラス面は、SiOを主成分とし、Ta、Zr及びNaのいずれかの元素を含むことが、最上層としてアルカリや酸に対する耐久性を向上し、耐環境性を保証する観点から、好ましい。
また、前記ガラスの成分を変更し、Ta、ZrO及びZnO等をスパッタリングターゲットとすることも、上記アルカリや酸に対する耐久性を向上する観点から、好ましい。
多元スパッタリングを行う場合のスパッタリングターゲットの成膜材料の配置の好ましい例を以下に示す。
図5は、複数の成膜材料を用いた場合のスパッタリングターゲットの当該成膜材料の配置を示す模式図である。
図5(a)は、成膜材料が2種の場合のスパッタリングターゲットの当該成膜材料の配置を示す模式図である。
第1スパッタリングターゲット70を円盤状に形成し、混合する成膜原料である第2スパッタリングターゲット71をそれぞれが第1スパッタリングターゲットの外周に沿うように対向配置させ、それぞれが90°の角度になるように4箇所の位置に均等に配置することが好ましい。第2スパッタリングターゲット71の円は配置の位置を示しており、その大きさはターゲットの大きさを示しているものではない。
図5(b)は、成膜材料が3種の場合のスパッタリングターゲットの当該成膜材料の配置を示す模式図である。
第1スパッタリングターゲット70を円盤状に形成し、混合する成膜材料である第2スパッタリングターゲット71をそれぞれが対向し、90°の角度になるように4箇所の位置に配置し、さらに、第3スパッタリングターゲット72を第2スパッタリングターゲット71と45°の角度を有する4箇所の位置に均等に配置することが好ましい。
いずれも、スパッタリングする際は、スパッタリングターゲットを回転しながら行うことで、スパッタ粒子の組成を均一にすることが可能となり、好ましい。
図6は、成膜材料が2種の場合の具体的なスパッタリングターゲットの配置を示す平面図及び断面図である。
第1スパッタリングターゲット70を円盤状に形成し、混合する成膜材料である第2スパッタリングターゲット71をそれぞれが対向し、90°の角度になるように4箇所の位置に均等に配置する。第1スパッタリングターゲット70の大きさは、Φ1(単位mm)で示され、第2スパッタリングターゲット71の大きさはΦ2(単位mm)で示される。
上記Φ1は、100〜500mmの範囲内であることが好ましく、200〜400mmの範囲内であることがより好ましい。Φ2は、10〜100mmの範囲内であることが好ましく、20〜80mmの範囲内であることがより好ましい。厚さは、いずれも1〜5mmの範囲内であることが好ましい。
IADイオンソース7からの第1スパッタリングターゲット70までの距離はH1(単位mm)で示され、第2スパッタリングターゲット71までの距離はH2(単位mm)で示される。
上記H1及びH2は、50〜200mmの範囲内であることが好ましく、100〜150mmの範囲内であることがより好ましい。
前記Φ1、Φ2、H1及びH2は成膜速度及び混合比率の制御因子として適宜決定される。
本発明に係る最上層の形成に用いられる成膜装置は、前記基板と前記イオンソースの間に前記スパッタリングターゲットを所望のタイミングで配置できる手段を有し、当該配置されるスパッタリングターゲットの前記基板と対向する面とは反対側の面を前記イオンソースから照射されるイオンビームによってスパッタリングし、当該基板上に成膜することが、好ましい。
前記スパッタリングターゲットを所望のタイミングで装置内に配置できる手段を有することにより、図3で示したIAD蒸着装置によってIAD法により基板上に下層である誘電体多層膜を蒸着成膜し、次いで、IADイオンソースに対向して前記スパッタリングターゲットを装置内に導入、配置することで、図4で示したイオンビームスパッタリング成膜装置としてスパッタリング成膜を連続して行うことができる。
前記スパッタリングターゲットを所望のタイミングで配置できる手段については特に限定されるものではないが、装置外部であらかじめ準備されたスパッタリングターゲットを、チャンバーに設けられた窓状の入り口から装置内部に設けたガイドレールに沿って移動する導入手段を、一例として挙げることができる。
<第2実施形態:IAD蒸着装置とイオンビームスパッタリング装置とを兼ね備えた成膜装置を用いた成膜方法>
図7は、本発明に係る下層である誘電体多層膜と最上層を連続して成膜できる、IAD蒸着装置とイオンビームスパッタリング装置とを兼ね備えた成膜装置の一例を示す模式図である。
成膜装置90は、図3のIAD蒸着装置と同様にチャンバー2内にドーム3を具備し、ドーム3に沿って基板4が配置される。蒸着源5は蒸着物質を蒸発させる電子銃を具備し、蒸着源5から蒸着物質6が、基板4に向けて飛散し、基板4上で凝結、固化する。その際、IADイオンソース7より基板に向けてイオンビーム8を照射し、成膜中にイオンの持つ高い運動エネルギーを作用させて緻密な膜としたり、膜の密着力を高めたりする。
蒸着源は複数準備し、例えば、低屈折率層であるSiO含有層及び高屈折率層であるTa含有層等が交互に積層された誘電体多層膜を最上層の下層として成膜する。最上層の直下層は、SiO、MgF、又はAlのいずれかを含有する層、又はこれらの材料からなる混合物含有層である。さらにその下の層に、セルフクリーニング機能を有するTiOを含有する光触媒層を設けることが好ましい。
次いで、蒸着源5の運転を止め、装置外部であらかじめ準備されたスパッタリングターゲット52(53)を、窓状の入り口から装置内部に設けたガイドレール等のスパッタリングターゲット導入手段91に沿って移動し、前記基板4と前記IADイオンソース7の間にあるターゲットホルダー51上に配置する。
イオン源はIADイオンソース7であり、当該IADイオンソース7から照射されるイオンビーム8を、第1スパッタリングターゲット52及び第2スパッタリングターゲット53の前記基板4と対向する面とは反対側の面に照射し、スパッタリングする。第1スパッタ粒子54及び第2スパッタ粒子55は飛散し、基板4上にあらかじめ製膜された下層である誘電体多層膜上に成膜され、基板上に誘電体多層膜100及び最上層107の積層体が得られる。
最上層の厚さは、15nm以下であることが好ましく、下層の分光反射率への影響を除外する観点から、好ましくは1〜10nmの範囲、より好ましくは1〜5nmの範囲内である。
最上層の成膜条件としては、チャンバー内の減圧度が、通常1×10−4〜1Pa、好ましくは1×10−3〜1×10−2Paの範囲にし、成膜速度が1〜10pm/secの範囲内、例えば、オプトラン社RFイオンソース「OIS One」を用いてイオンビームの加速電圧出力が上記装置300〜1500Vの範囲、加速電流500〜1500mAの範囲、バイアス電流が500〜2000mAの範囲内であって、酸素導入量20〜60sccm、アルゴン導入量0〜15sccmの範囲内であることが好ましい。
〔3〕車載用又は屋外用の光学部材
本発明の光学部材としては、車載用又は屋外用の光学レンズが挙げられ、特に、車載カメラ用のレンズ(レンズユニットを構成するレンズ)であることが好ましい。
「車載カメラ」とは、自動車の車体の外方側に設置されるカメラであって、車体の公報部に設置されて後方確認用に使用されたり、車体の前方部に設置されて前方確認用又は側方確認用や、前車との距離の確認用などとして使用される。
このような車載カメラ用のレンズユニットは、複数枚のレンズによって構成され、詳しくは、物体側に配置される物体側レンズと、像側に配置される像側レンズ群とで構成される。像側レンズ群は、複数枚のレンズとレンズ間に設けられた絞りを備えている。
このような複数のレンズのうち、物体側レンズが外気に露出される露出面となっており、この露出面を有するレンズ上に前記光学薄膜が設けられる。
前記屋外用の光学部材としては、屋外設置型の監視カメラなどが挙げられ、当該監視カメラを構成するレンズのうち、外気に露出される露出面を有するレンズ上に前記光学薄膜が用いられる。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」又は「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」又は「質量%」を表す。
<光学部材サンプル実施例1の作製>
図7で示すIAD蒸着装置とイオンビームスパッタ装置とを兼ね備えた成膜装置を用いてIAD法による蒸着及びIADイオンソースを用いたスパッタリング成膜を以下の条件で行った。実施例で用いた成膜材料は以下の通りである。
〈成膜材料〉
SiO:Merck社製 商品名 SIO
Ta:キャノンオプトロン社製 商品名 A600
TiO:富士チタン社製 商品名 Ti
MgF:Merck社製 商品名 MgF
Al:Merck社製 商品名 Al
SUS304:ステンレス
〈基板〉
ガラス基板
〈誘電体多層膜の形成〉
(チャンバー内条件)
加熱温度 300℃
開始真空度 1.33×10−3Pa
(成膜材料の蒸発源)
電子銃
(低屈折率層及び高屈折率層の形成)
低屈折率層の成膜材料:SiO(Merck社製 商品名 SIO
上記の基材を真空蒸着装置に設置して、第1蒸発源に前記成膜材料を装填し、成膜速度3Å/secで蒸着し、基材上に厚さが24.9nmの低屈折率層を形成した。
当該低屈折率層の形成はIAD法によって行い、加速電圧1200V、加速電流1000mA、中和電流1500mAで、オプトラン社RFイオンソース「OIS One」の装置を用いた。IAD導入ガスはO50sccm、Arガス0sccm、ニュートラルガスO50sccmの条件で行った。
高屈折率層の成膜材料:Ta(キャノンオプトロン社製 商品名 A600)
上記の基材を真空蒸着装置に設置して、第2蒸発源に前記成膜材料を装填し、成膜速度3Å/secで蒸着し、上記低屈折率層上に厚さが26.4nmの高屈折率層を形成した。当該高屈折率層の形成は、同様にIAD法によって行った。
上記形成した高屈折率層上に、表Iに記載の層厚条件で低屈折率層及び高屈折率層を積層成膜し、合計5層の誘電体多層膜を作製した(成膜材料の後の(IAD)という表記はIAD法を用いたことを示す。)。
〈最上層の形成〉
誘電体多層膜の形成後、蒸発源の運転は停止し、下記スパッタリングターゲットをチャンバー内に導入し、IADイオンソースをスパッタ源としてスパッタリング成膜により最上層を形成した。なお、スパッタリングターゲット上の成膜材料は図6に示した配置とした。
(スパッタリングターゲット(A材))
第1スパッタリングターゲット SUS304 H1:125mm Φ1:285mm
第2スパッタリングターゲット SiO(石英ガラス)H2:119mm Φ2:50mm
(IADイオンソース)
(株)オプトラン社製RFイオンソース「OIS One」
加速電圧(V) 1200
加速電流(mA) 1000
中和電流(mA) 1500
(チャンバー内条件)
加熱温度 300℃
IAD導入ガスはO50sccm、Arガス0sccm、ニュートラルガスO50sccmの条件で行った。
真空度 1×10−2Pa
以上の条件によって、IADイオンソースからのイオンビーム照射時間を165分に設定し、スパッタリングターゲットの前記基板と対向する面とは反対側の面をイオンビームによってスパッタリングした。下記層厚測定により層厚15nmのSi、Cr、Ni、Feの混合された最上層が成膜速度1.52pm/secにて成膜された。
最上層の組成は、下記X線光電子分光分析装置(XPS)にて測定したところ、表Vに記載の元素組成を有していた。
<層厚測定>
上記層厚は以下の方法によって測定した。
(1)あらかじめ白板ガラス基板上に、TiO及びSiOを1/4λ(λ=550nm)の層厚で成膜し、分光反射率を測定しておく。
(2)(1)で形成したとTiO及びSiO膜に上記最上層成膜条件で成膜し、分光反射率を測定して、その変化量から当該最上層の屈折率と層厚を計算する。
分光反射率の測定は、日立ハイテクノロジー社製分光光度計U−4100にて、光波長550nmで測定した。
<XPS組成分析>
・装置名称:X線光電子分光分析装置(XPS)
・装置型式:Quantera SXM
・装置メーカー:アルバック・ファイ
・測定条件:X線源:単色化AlKα線25W−15kV
・真空度:5.0×10−8Pa
アルゴンイオンエッチングにより深さ方向分析を行った。データ処理は、アルバック・ファイ社製のMultiPakを用いた。
<光学部材サンプル実施例2、3、4、9、11、13、14、15、19、20、23、24及び27の作製>
光学部材サンプル実施例1の作製と同様にして、表I〜表IIIの層構成及び層厚を有する誘電体多層膜を形成し、次いで最上層を表V及び表VIに示す条件にて成膜して、光学部材サンプル実施例2、3、4、9、11、13、14、15、19、20、23、24及び27を作製した。
なお、低屈折率材料として、MgF(Merck社製 商品名 MgF)を用いた実施例サンプルについては、電子銃を用いて成膜速度3Å/secで成膜した。
また、光学部材サンプル実施例13、14、15、23及び、24については、TiOを用いた光触媒層を誘電体多層膜最上層の下層として形成した。
光学部材サンプル実施例27は、表III記載のように誘電体多層膜の最上層として、SIOとALを質量比で97:3に混合して用いた。
<光学部材サンプル実施例5の作製>
光学部材サンプル実施例1の作製と同様にして、表Iに記載のように、5層の誘電体多層膜を形成した。
〈最上層の形成〉
誘電体多層膜の形成後、蒸発源の運転は停止し、下記スパッタリングターゲットをチャンバー内に導入し、IADイオンソースをスパッタ源としてスパッタリング成膜により最上層を形成した。なお、スパッタリングターゲット上の成膜材料は図6に示した配置とした。
(スパッタリングターゲット(B材))
第1スパッタリングターゲット TiO H1:125mm Φ1:285mm
第2スパッタリングターゲット SiO(石英ガラス)H2:119mm Φ2:50mm
<光学部材サンプル実施例6、7、8、10、12、16、17、18、21、22、25及び26の作製>
光学部材サンプル実施例5の作製と同様にして最上層を表VI及び表VIIに示す条件にて成膜して、光学部材サンプル実施例6、7、8、10、12、16、17、18、21、22、25及び26を作製した。
<光学部材サンプル比較例1〜6の作製>
上記光学部材サンプル実施例1〜27の作製において、最上層を形成しなかった以外は同様にして、表IVに示す構成で光学部材サンプル比較例1〜6を作製した。
≪評価≫
得られた光学部材サンプル実施例1〜27及び光学部材サンプル比較例1〜6を用いて以下の評価を実施した。
(1)分光反射率の測定
350〜800nmの範囲の光波長域で、日立ハイテクノロジー社製分光光度計U−4100を用いて、法線方向からの光入射に対する分光反射率を測定した。
測定した結果を、図8〜図11に示した。実施例の光学部材はいずれも、光波長420〜680nmの範囲において、法線方向からの光入射に対する分光反射率が、平均2%以下であることを確認した。
(2)塩水噴霧試験
得られた光学部材サンプルを用いて以下の評価を行った。
〈塩水噴霧試験〉
下記(a)〜(c)を1サイクルとし、8サイクル実施した。
(a)35±2℃の噴霧層内温度にて、25±2℃の溶剤を光学部材サンプルの最上層側に2時間噴霧する。
(b)噴霧終了後、40±2℃、95%RHにて22時間放置する。
(c)(a)及び(b)を4回繰り返した後に、25℃、55%RHに72時間放置する。
〈溶剤〉
使用溶質:NaCl、MgCl、CaCl
溶質濃度:5±1質量%
〈分光反射率の測定〉
塩水噴霧試験の前後の光学部材サンプルの分光反射率を測定し、光波長420〜680nmの範囲における分光反射率の平均値として、0.1%以内の変動である場合を合格として〇とした。
(3)光触媒効果評価方法
得られた光学部材サンプルを用いて以下の評価を行った。
(a)照明配置
評価用の照明装置200の模式図を図12に示す。
UVライト202を黒コン201に設置する。
光学部材サンプル204の最上層側のマーカー面205をUVライト202側にしてサンプルを平板203上に設置する。
UVライト202と光学部材サンプル204間が35〜40mm程度になるように高さを調整する。
(b)ペンの塗り方
光触媒面に、Ink intelligent社のThe Visualiserペンで線を引く。
線を引くイメージより、点状にインクを落とすイメージで行う。
インクは1段で5点程度×2段で塗る。
(c)UVライト照射
UVライトのコンセントを入れるとランプ点灯がする。
35〜40mmの高さで、1hで10Jの積算光量でUVライトを照射する。
1時間後、2時間後の色の変化を確認する。
(d)色評価
取り出し直後では色味が安定しないため、取り出し後30分以上経過してから各時間での色変化を評価する。光触媒効果がある場合は、色変化は青から透明になる(光触媒効果「あり」)。
以下の表I〜表VIIに、光学部材サンプルの構成、作製方法及び評価結果を示す。
表I〜表VIIから、本発明の構成の光学部材サンプルである実施例1〜27は、比較例1〜6に対して、SiOを主成分として含有する最上層にCr又はTiのいずれかの元素を加えることで、塩水耐性に優れ、経時による下層の分光反射率への影響がない光学部材が得られることが分かった。
また、光触媒層として光学部材内にTiO含有層を設けた光学部材サンプルは、光触媒効果を発現し、セルフクリーニング機能を有することが分かった。
1 IAD蒸着装置
2 チャンバー
3 ドーム
4 基板
5 蒸着源
6 蒸着物質
7 IADイオンソース
8 イオンビーム
50 イオンビームスパッタリング成膜装置
51 スパッタリングターゲットホルダー
52 第1スパッタリングターゲット
53 第2スパッタリングターゲット
54 第1スパッタ粒子
55 第2スパッタ粒子
70 第1スパッタリングターゲット
71 第2スパッタリングターゲット
72 第3スパッタリングターゲット
90 誘電体多層膜と最上層を連続して成膜できる成膜装置
91 スパッタリングターゲット導入手段
100 誘電体多層膜
101 基板
102 低屈折率層
103 高屈折率層
104 低屈折率層
105 高屈折率層
106 低屈折率層
107 最上層
200 光触媒評価装置
201 黒コン
202 UVランプ
203 平板
204 サンプル
205 マーカー面
206 インク

Claims (9)

  1. 基板上に、誘電体多層膜を有する光学部材であって、
    最上層の直下層がSiO、MgF、又はAlのいずれかを含有する層、又はこれらの材料からなる混合物含有層であり、かつ、
    最上層がSiOを主成分とし、少なくともCr又はTiのいずれかの元素を含有する金属酸化物層であることを特徴とする光学部材。
  2. 前記最上層に含有される前記Crの含有量が、0.3at%超、かつ2.3at%未満の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の光学部材。
  3. 前記最上層に含有される前記Tiの含有量が、0.2at%超、かつ0.8at%未満の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の光学部材。
  4. 前記最上層に含有されるSiの含有量が、9at%超、かつ31at%未満の範囲であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の光学部材。
  5. 前記最上層の層厚が、15nm以下であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の光学部材。
  6. 前記最上層の光波長587.56nmに対する屈折率が、1.6以下であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の光学部材。
  7. 前記直下層のさらに下層側に、TiOを含有する層を有することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の光学部材。
  8. 光波長420〜680nmの範囲において、法線方向からの光入射に対する分光反射率が、平均2%以下であることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の光学部材。
  9. 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の光学部材を製造する光学部材の製造方法であって、
    前記最上層を、イオンアシストデポジション法のイオンソースをスパッタ源として用いて形成することを特徴とする光学部材の製造方法。
JP2018219874A 2018-11-26 2018-11-26 光学部材及び光学部材の製造方法 Pending JP2020083700A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018219874A JP2020083700A (ja) 2018-11-26 2018-11-26 光学部材及び光学部材の製造方法
EP19207675.0A EP3660548A1 (en) 2018-11-26 2019-11-07 Optical member and producing method of optical member
US16/688,160 US20200166672A1 (en) 2018-11-26 2019-11-19 Optical member and producing method of optical member
CN201911146331.5A CN111221057A (zh) 2018-11-26 2019-11-21 光学构件及光学构件的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018219874A JP2020083700A (ja) 2018-11-26 2018-11-26 光学部材及び光学部材の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020083700A true JP2020083700A (ja) 2020-06-04

Family

ID=68502894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018219874A Pending JP2020083700A (ja) 2018-11-26 2018-11-26 光学部材及び光学部材の製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200166672A1 (ja)
EP (1) EP3660548A1 (ja)
JP (1) JP2020083700A (ja)
CN (1) CN111221057A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115921863A (zh) * 2022-12-12 2023-04-07 巨玻固能(苏州)薄膜材料有限公司 镀膜材料、复合氧化物薄膜、制备方法及光学产品

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022072420A (ja) * 2020-10-29 2022-05-17 キヤノン株式会社 光学素子、光学系、および、光学機器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6261696B1 (en) * 1996-03-22 2001-07-17 Canon Kabushika Kaisha Optical element with substrate containing fluorite as main ingredient, and method and apparatus for producing the optical element
JP2001074931A (ja) 1999-08-31 2001-03-23 Nikon Corp 光学薄膜及び光学素子及び光学装置
AU2002301541B8 (en) * 2001-10-25 2005-07-14 Hoya Corporation Optical element having antireflection film
JP2003221663A (ja) 2002-01-30 2003-08-08 Canon Inc 成膜方法及び光学素子の形成方法
FR2841894B1 (fr) * 2002-07-03 2006-03-10 Saint Gobain Substrat transparent comportant un revetement antireflet
JP2011100111A (ja) * 2009-10-09 2011-05-19 Seiko Epson Corp 光学物品、光学物品の製造方法、電子機器
JP6202785B2 (ja) * 2012-05-30 2017-09-27 オリンパス株式会社 反射防止膜、光学系、光学機器、及び反射防止膜の成膜方法
JP6368941B2 (ja) 2013-08-29 2018-08-08 Agc株式会社 光学多層膜付きガラス部材の製造方法
WO2015097898A1 (ja) * 2013-12-27 2015-07-02 株式会社シンクロン 多層反射防止膜の成膜方法
JP6347205B2 (ja) * 2014-11-28 2018-06-27 セイコーエプソン株式会社 ダイバーズウォッチ用カバーガラスおよびダイバーズウォッチ
US10353117B2 (en) * 2016-01-25 2019-07-16 Canon Kabushiki Kaisha Optical element and method for producing the same
US20180081086A1 (en) * 2016-09-19 2018-03-22 Apple Inc. Electronic Devices Having Scratch-Resistant Antireflection Coatings
JP2020024238A (ja) * 2016-12-14 2020-02-13 コニカミノルタ株式会社 光学素子

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115921863A (zh) * 2022-12-12 2023-04-07 巨玻固能(苏州)薄膜材料有限公司 镀膜材料、复合氧化物薄膜、制备方法及光学产品
CN115921863B (zh) * 2022-12-12 2023-10-27 巨玻固能(苏州)薄膜材料有限公司 镀膜材料、复合氧化物薄膜、制备方法及光学产品

Also Published As

Publication number Publication date
EP3660548A1 (en) 2020-06-03
US20200166672A1 (en) 2020-05-28
CN111221057A (zh) 2020-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5622468B2 (ja) レンズの製造方法及びレンズ
WO2015030245A1 (ja) 眼鏡レンズおよびその製造方法
CN110333561B (zh) 减反射膜及其制备方法、微型投影系统
JP2020083700A (ja) 光学部材及び光学部材の製造方法
WO2015030246A1 (ja) 眼鏡レンズ
WO2021111813A1 (ja) 光学部材及びその製造方法
WO2020129558A1 (ja) 誘電体多層膜、その製造方法及びそれを用いた光学部材
JP2017214607A (ja) 光反射鏡の製造方法及び蒸着装置
JP2007310335A (ja) 表面鏡
CN101180574B (zh) 前表面镜
TWI588517B (zh) 光學元件
US20200165716A1 (en) Film forming method and film forming apparatus
JP7415949B2 (ja) 誘電体膜、その製造方法及びそれを用いた光学部材
CN112225171B (zh) 薄膜的制造方法
WO2017119335A1 (ja) 反射膜の製造方法
US12024767B2 (en) Dielectric film, method for producing same and optical member using same
Volpian et al. Nanogradient optical coatings
EP1802452B1 (en) Optical element with an opaque chrome coating having an aperture and method of making same
WO2023042438A1 (ja) 遮光膜、多層反射防止膜、それらの製造方法及び光学部材
WO2018216540A1 (ja) 親水性反射防止膜付きレンズ及びその製造方法
JPWO2019208426A1 (ja) 光学薄膜、光学部材及び光学薄膜の製造方法
JP2021133523A (ja) 超親水膜とその製造方法及び光学部材
WO2021261225A1 (ja) 親水性膜の製造方法、親水性膜及び光学部材
JP2007154274A (ja) クラスタビームを用いた弗化物膜形成方法およびこれによって得られた弗化物膜を用いた光学素子
JPH0772306A (ja) 光学薄膜およびその成膜方法