JP2020144330A - 光学部材、光学部材の製造方法、光学機器、及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施形態に係る光学部材の一例を示す断面図である。図1に示すように、本発明の実施形態に係る光学部材5は、基材1と、支持層上に微細な複数の突起2を有する反射防止膜3を有している。また、反射防止膜3は、フッ素を含有した酸化アルミニウムである。更に、反射防止膜3は、基材1と突起2との間に支持層4を有する。
本発明において使用される基材としては、レンズの如き成形品やフィルムを用いることができる。基材としては、透明性及び成形性の点から、ガラスを用いることが好ましい。
本発明に係る反射防止膜は、表面に微細な複数の突起を有し、フッ素を含有している。反射防止膜内のフッ素含有率は特に限定されるものではないが、1モル%以上10モル%以下であることが好ましい。反射防止膜内のフッ素含有率が1%未満である場合、フッ素の耐水効果不足で高温高湿耐久に不利である。また、反射防止膜内のフッ素含有率が10%以上である場合、耐水効果は十分にあるものの、反射防止膜のガラス基材からの膜剥離が発生しやすくなる。
フッ素含有率は、XPS分析により検出することができる。また、断面STEM及びEDXの分析手法を組み合わせて検証することができる。例えば、XPS分析により膜厚方向に掘りみながらモル比を計測し、断面STEM及びEDXにより2層の場所を特定した状態で構成元素の定性的な大小関係を調べることができる。
また、反射防止膜は、酸化アルミニウム固有の屈折率より低い見かけの屈折率を有することが好ましい。
反射防止膜がこのような構成を有することにより、より良好な反射防止性能を発揮できる。
S0:測定面が理想的にフラットであるとした時の面積、すなわち|XR−XL|×|YT−YB|、F(X,Y):測定点(X,Y)における高さ、XはX座標、YはY座標、
XLからXR:測定面のX座標の範囲、
YBからYT:測定面のY座標の範囲、
Z0:基準面(測定面内の平均)の高さ。
Sr=S/S0 式(2)
〔S0:測定面が理想的にフラットであるときの面積。S:実際の測定面の表面積。〕
△S(△ABC)=[s(s−AB)(s−BC)(s−AC)]×0.5 式(3)
〔但し、AB、BC及びACは各辺の長さである。sは、0.5×(AB+BC+AC)で定義される。〕
△Sの総和によって表面積Sが求まり、反射防止膜の表面積比Srが求められる。
反射防止膜の表面の突起は、酸化アルミニウムを主成分として形成されていることが好ましい。例えば、突起は、アルミニウムの酸化物又は水酸化物又はそれらの水和物の結晶から形成される。これらの中で、突起がベーマイトであることがより好ましい。本明細書では、アルミニウムの酸化物若しくは水酸化物又はそれらの水和物を「酸化アルミニウム」と記載する。
本発明の光学部材は、基材1と突起2との間に、突起を支持する支持層4を有する。支持層4は、厚さが10nm以上200nm以下であることが好ましい。支持層4は、多孔質であることが好ましい。
支持層4の構成元素は、例えば、XPS分析から検出することができ、Al、O、Fが好ましい。AlとOのモル比は、おおよそ1:2程度であることが好ましく、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムの状態で存在していることが好ましい。
本実施形態では、微細凹凸を形成する場合、支持層4として多孔質層が付随的に形成される。多孔質層は水分を吸湿できるため、水滴形成を抑制する効果があることが一般的に知られており、支持層が多孔質であると防曇性の効果が高まる。
本発明の光学部材の製造方法は、基材及び反射防止膜を有する光学部材の製造方法に関する。本発明の光学部材の製造方法は、基材表面に、フッ素を含有したアルミニウムを主成分とする層を形成する前駆体膜形成工程と、前駆体膜を温度60℃乃至100℃の温水又は温度60℃乃至100℃の水系媒体で処理して、表面に微細な複数の突起を有する反射防止膜を生成する工程と、を有することを特徴とする。
前駆体膜を形成する工程は、基材の表面に、フッ素とアルミニウムを含む層を形成する。具体的には、アルミニウムを主成分とする原料とフッ素を主成分とする原料を同時に基材に真空成膜する。
アルミニウムを主成分とする原料としては、金属アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム等が挙げられる。
フッ素を主成分とする原料として、フッ素樹脂として、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、FEP(テトラフルオロエチレン)等が挙げられる。
反射防止膜を生成する工程は、前駆体膜を温度60℃以上乃至100℃以下の温水又は温度60℃以上乃至100℃以下の水系媒体で処理して、表面に微細な複数の突起を有する反射防止膜を生成する。
本発明に係る光学部材の適用として、光学機器及び撮像装置について説明する。本発明の光学機器は、筐体と、筐体内に複数のレンズからなる光学系とを備えるものであり、例えば、双眼鏡、顕微鏡、半導体露光装置、交換レンズ等、本発明の光学部材を含む光学系を備える機器のことをいう。あるいは本発明の光学部材を通過した光によって画像を生成する機器のことをいう。
被写体からの光は、レンズ鏡筒201の筐体220内の撮影光学系の光軸上に配置された複数のレンズ203、205などからなる光学系を通過し、撮像素子210に受光される。本発明の光学部材は、例えばレンズ203、205に用いることができる。
ここで、レンズ205は内筒204によって支持されて、フォーカシングやズーミングのためにレンズ鏡筒201の外筒に対して可動支持されている。
反射防止膜を表層に形成した基材を、温度60℃、且つ、湿度90%の環境に投入保持し、投入前後の反射率の変化を評価する。反射率は、顕微分光測定機(USPM−RU、オリンパス製)を用い、400nmから700nmの範囲の入射角0°時の反射率測定を行い、各波長で最も変化の大きい値を変化量とした。耐久性の判定については、変化量0.3%以内であれば判定をAとした。変化量が0.3%より大きくとも比較例より変化量が小さければ判定をBとした。
接触角計(DMs−401、協和界面化学製)を用い、反射防止膜の接触角を測定した。判定については、接触角が20°以内であれば判定をAとした。
X線光電分光分析(XPS、アルバック・ファイ製)による元素分析により測定した。反射防止膜内のフッ素の分布は、透過型電子顕微鏡(TEM、Tecnai F30 )を用いて、層断面に対してEDX分析を行うことで測定した。
オハラ社製S−NBH53(nd=1.731)円盤状ガラス基板にスパッタ法によって、フッ素とアルミニウムを同時に成膜し前駆体膜を形成した。具体的には、アルゴン雰囲気1Paで行い、アルミニウムターゲットをDC200Wで、PTFEターゲットをRF40Wで、同時に10分間成膜した。その後、前駆体膜を温度75℃の温水に3時間浸漬することにより、円盤状ガラス基板上に酸化アルミニウムを主成分とする突起と支持層とを有する反射防止膜を形成し、光学部材を製造した。
アルゴン雰囲気1Pa、アルミニウムターゲットをDC200W、PTFEターゲットをRF15Wとし、フッ素とアルミニウムを同時に8分間成膜し前駆体膜を形成した。また、前駆体膜を温水に浸漬する時間を2時間とした。それ以外は実施例1と同じ方法で反射防止膜を形成し、光学部材を製造した。
アルゴン雰囲気1Pa、アルミニウムターゲットをDC200W、PTFEターゲットをRF70Wとし、フッ素とアルミニウムを同時に15分間成膜し前駆体膜を形成した。また、前駆体膜を温水に浸漬する時間を5時間とした。それ以外は実施例1と同じ方法で反射防止膜を形成し、光学部材を製造した。
アルゴン雰囲気1Pa、アルミニウムターゲットのみをDC200Wで、2分間成膜した。その後、アルゴン雰囲気1Pa、アルミニウムターゲットをDC200W、PTFEターゲットをRF40Wで、フッ素とアルミニウムを同時に8分間成膜し、前駆体膜を形成した。また、前駆体膜を温水に浸漬する時間を3時間とした。それ以外は実施例1と同じ方法で反射防止膜を形成し、光学部材を製造した。
アルゴン雰囲気1Pa、アルミニウムターゲットをDC200W、PTFEターゲットをRF40Wで、フッ素とアルミニウムを同時に8分間成膜した。さらに、アルゴン雰囲気1Paで、アルミニウムターゲットのみをDC200Wで、2分間成膜し、前駆体膜を形成した。また、前駆体膜を温水に浸漬する時間を3時間とした。それ以外は実施例1と同じ方法で反射防止膜を形成し、光学部材を製造した。
アルゴン雰囲気1Pa、アルミニウムターゲットのみをDC200Wで、2分間成膜した。その後、アルゴン雰囲気1Pa、アルミニウムターゲットをDC200W、PTFEターゲットをRF40Wで、フッ素とアルミニウムを同時に8分間成膜し、さらに、アルゴン雰囲気1Paで、アルミニウムターゲットのみをDC200Wで、1分間成膜し、前駆体膜を形成した。また、前駆体膜を温水に浸漬する時間を3時間とした。それ以外は実施例1と同じ方法で反射防止膜を形成し、光学部材を製造した。
アルゴン雰囲気1Pa、アルミニウムターゲットをDC200W、PTFEターゲットをRF10Wで、フッ素とアルミニウムを同時に7分間成膜し、前駆体膜を形成した。また、前駆体膜を温水に浸漬する時間を2時間とした。それ以外は実施例1と同じ方法で反射防止膜を形成し、光学部材を製造した。
アルゴン雰囲気1Pa、アルミニウムターゲットをDC200W、PTFEターゲットをRF80Wで、フッ素とアルミニウムを同時に20分間成膜し、前駆体膜を形成した。また、前駆体膜を温度85℃の温水に5時間浸漬した。それ以外は実施例1と同じ方法で反射防止膜を形成し、光学部材を製造した。
オハラ社製S−NBH53(nd=1.731)円盤状ガラス基板にスパッタ法によって、アルミニウムを主成分とする前駆体膜を形成した。具体的には、アルゴン雰囲気1Paで行い、アルミニウムターゲットをDC200Wで、7分間成膜した。その後、前駆体膜を温度60℃の温水に2時間浸漬することにより、円盤状ガラス基板上に酸化アルミニウムの突起と支持層とを有する反射防止膜を形成し、光学部材を製造した。
実施例1から実施例8、比較例で製造した光学膜(光学部材)の性能を評価した。評価結果を、表1に示す。
表1における反射防止膜のフッ素含有率はXPSにより分析を行った。また、層内膜厚方向のフッ素分布は断面TEM及びEDX分析で行っており、実施例1〜8全てにおいて突起層より支持層の方がフッ素のEDX強度が大きかった。
2…突起
3…反射防止膜
4…支持層
5…光学部材
200…デジタルカメラ
201…レンズ鏡筒
202…カメラ本体
203,205…レンズ
204…内筒
206…絞り
207…主ミラー
208…サブミラー
209…シャッタ
210…撮像素子
211…プリズム
212…ファインダレンズ
213…AFユニット
220,221…筐体
240…主ミラーホルダ
300…ネットワークカメラ
301…ドームカバー
302…下カバー
303…上カバー
320…撮像ユニット
Claims (13)
- 基材と、該基材の表面に反射防止膜とを有する光学部材であって、
前記反射防止膜は、支持層上に微細な複数の突起を有し、
前記突起、及び、前記支持層は、いずれもフッ素を含有した酸化アルミニウムからなり、
前記突起のフッ素含有率よりも前記支持層のフッ素含有率が大きいことを特徴とする光学部材。 - 前記支持層は、多孔質であることを特徴とする請求項1に記載の光学部材。
- 前記反射防止膜内のフッ素含有率は1モル%以上10モル%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学部材。
- 前記反射防止膜の平均表面粗さRa’は、15nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記反射防止膜の表面積比Srは、1.2以上3.5以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記反射防止膜の厚さは、20nm以上1000nm以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記突起の太さは、5nm以上50nm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記支持層の厚さは、10nm以上200nm以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学部材。
- 基材と、該基材の表面に反射防止膜とを有する光学部材の製造方法であって、
真空成膜法により前記反射防止膜の前駆体膜を前記基材上に形成する工程と、
前記前駆体膜を温度60℃以上乃至100℃以下の温水、又は温度60℃以上乃至100℃以下の水系媒体で処理する工程とを含み、
前記前駆体膜を、アルミニウムを主成分とする原料と、フッ素を主成分とする原料とを同時に成膜することによって形成することを特徴とする光学部材の製造方法。 - 前記前駆体膜の成膜前又は成膜後に、アルミニウムを主成分とする原料を更に真空成膜することを特徴とする請求項9に記載の光学部材の製造方法。
- 筐体と、該筐体内に複数のレンズからなる光学系と、を備える光学機器であって、
前記レンズが請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光学部材であることを特徴とする光学機器。 - 筐体と、該筐体内に複数のレンズからなる光学系と、該光学系を通過した光を受光する 撮像素子と、を備える撮像装置であって、
前記レンズが請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光学部材であることを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像装置がカメラであることを特徴とする請求項12に記載の撮像装置。
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