JP2720959B2 - 高屈折の光学コーテイング製造用の蒸気析出素材 - Google Patents

高屈折の光学コーテイング製造用の蒸気析出素材

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高真空における基体への
蒸気析出により高屈折の光学コーテイングを製造するた
めの蒸気析出素材、その製造方法およびその用途に関す
る。
【0002】
【従来の技術】工業、特に光学機器の分野では保護コー
テイングとして、あるいは光学機能目的に薄膜酸化物コ
ーテイングは広範囲に利用されている。これらは腐食お
よび機械的な破損に対する保護のためにあるいは特に、
レンズ、鏡、プリズムなど光学部品および機器の表面を
コーテイングするために使用されている。さらに薄膜酸
化物コーテイングは反射を増加あるいは減少するために
高屈折、中程度の屈折および低屈折の光学コーテイング
を製造することに利用される。主な利用分野は眼鏡レン
ズ上の反射防止コーテイングの製造、並びにカメラレン
ズ用、双眼鏡用、光学測定機器およびレーザー技術のた
めの光学部品用エレメント上の反射防止コーテイング、
更にある屈折率および/あるいは例えば干渉鏡、ビーム
分割器、熱フィルターおよび透熱性の鏡における光学吸
収特性を有するコーテイングの製造用エレメント上の反
射防止コーテイングの製造である。
【0003】これら酸化物コーテイングの製造のための
出発物質はそれ自身公知である。通常の原料はSiO2
および多分たがいに組合せた広範囲の金属酸化物であ
る。選択は基本的には経験的であって、希望する光学的
特性、加工特性によって変る。コーテイングは真空蒸気
析出法によって製造され、この方法は公知である。例え
ばドイツ特許12 28 489をここで引用する。この特許は
使用できる素材、加工方法およびこの点に関して生じた
問題を示している。
【0004】高屈折コーテイング、すなはち光学屈折率
約2のコーテイングの製造には、原理的に適当な出発物
質の選択は限られている。適当な出発物質は基本的には
チタン、ジルコニム、ハフニウムおよびタンタルの酸化
物並びにこれらの混合系である。高屈折コーテイング用
の好ましい出発物質は二酸化チタンである。
【0005】しかしながら、それ自体適当なこれらの素
材も明らかな多くの欠点、特に実際上の加工からみた欠
点を持っている。
【0006】ここでの1面はこれらの物質は高い融点と
沸点を持っていることであり、その上、それらが比較的
に接近していることである。しかしながら、実際的な観
点からは、蒸気析出素材は顕著な析出が始まるまえに、
完全に溶融状態にあることはが重要である。そのときに
のみ、一様で適当な析出速度が保証されるのである。こ
のことは均一なしかも一様な厚さのコーテイングがコー
テイングされる対象物上に形成されるのに必要である。
しかしながら、ジルコニウムおよびハフニウムの酸化物
の場合、およびチタニウム/ジルコニウム混合酸化物系
の場合には、実用上の利用条件ではこのことは起らな
い。上記の物質は通常の操作条件では完全にはあるいは
全く融解しない。これらの物質は概して蒸発させること
が難しく、厚さが均一でないコーテイングが得られる。
【0007】従って適当な添加物によって基本原料の融
点を低下させることが望ましい。添加物はさらに得られ
たコーテイングの屈折率をある限度内で変更し、さらに
特別の方法で指定するのに役立つ。
【0008】この目的に適した添加物の選択は吸収のな
いことという要求によって制限されている。したがっ
て、可視部および近紫外波長領域(約320nmまで)
に吸収を持たない金属酸化物だけが対応する添加物とし
て適当な添加物である。
【0009】その他の問題は以下のとおりである。
【0010】出発物質としての上記の酸化物が可視波長
領域において低い吸収しか持たないかあるいは全く持っ
ておらずこのことが適当な光学的利用のための前提条件
であるにもかかわらず、これらの原料を使った真空蒸気
析出法による薄いコーテイングの製造では、特別の注意
なしには可視領域において高い吸収のコーテイングが得
られる。このことは高屈折コーテイング用の出発物質と
考えられている二酸化チタンにおいて特に当てはまる。
この結果は高真空蒸気析出の間の酸素の損失および酸素
の含有量に関して準化学量論的であるチタン酸化物コー
テイングの析出に帰せられる。
【0011】この問題は蒸気析出をある酸素残余圧(約
10-4−10-5ミリバール)、すなわち酸化特性のある
真空中で、実施することおよび/または得られたコーテ
イングを酸素あるいは空気中で後調製することによって
解決できる。上記のドイツ特許12 28 489によると、こ
の技術は蒸発する原料に稀土類元素、あるいは稀土類酸
化物をくわえることが特に有利である。
【0012】上記の問題が添加物の妥当な選択あるいは
原料の適当な混合物の選別によって解決されうるにもか
かわらず、混合系の使用は真空蒸気析出法ではそれ自身
好ましくない。その理由は混合系は一般的に一緒には蒸
発せずに、すなはち系はその組成を蒸発工程中で変化さ
せて、析出したコーテイングの組成も従って変化するか
らである。混合系が原料の変化なしに蒸発し、しかも凝
固することができる不連続な化合物であるならば、この
場合にのみこの問題は通常は避けられる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は公知の
素材の不利な点を持たず、しかも特にその方法によって
均一な組成と可視部領域において吸収を持たない一様な
コーテイングが製造される真空蒸気析出法による高屈折
光学コーテイングの製造のための蒸気析出素材を提供す
ることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】検討の結果、チタンおよ
びランタンの酸化物に基く系、特にチタン酸ランタン(L
a2Ti2O7)化合物がこの点に関して興味を引きおこすよう
に思われた。
【0015】ケミカルアブストラクツ(Chemical Abstr
acts) CA 112(24):226980nは真空中でのチタン酸ランタ
ナイドの蒸発および凝固について論文を引用している。
ケミカルアブストラクツCA106(14):119159yはチタン酸
ランタナイドの光学的/物理的な特性を引用している。
【0016】しかしながら、我々自身のランタン/チタ
ンの真空蒸発挙動に関する検討は失望する結果に到達し
た。すなはちこの化合物は、二酸化チタンそのものおよ
び他の二酸化チタン含有混合系と同じように、特に強い
自発的酸素放出傾向を持っている。この酸素放出は通常
激しい噴出を伴って起り、このことがこの工程の実施を
困難にし、また使用可能なコーテイングが極めて困難を
伴ってのみ得られることを意味している。酸素の損失の
ために、得られたコーテイングは酸素含有量に関しては
化学量論的ではない。その結果として起る可視部におけ
る強い吸収により酸素あるいは空気中での調整による後
酸化が必要である。
【0017】驚くべきことに、式La2Ti27-Xの化
合物、(ここではx=0.3から0.7である)が真空
蒸発による高屈折光学コーテイングの製造用の蒸気析出
素材として極めて適していることが見出された。これら
の素材は真空中で問題なく、また噴出もなく蒸発させる
ことができ、特別の対策をせずに真空蒸発方法の普通の
操作条件で吸収のないコーテイングを与えることが見出
された。
【0018】したがって、本発明は真空中で基板上に析
出させることによって高屈折光学コーテイングの製造用
の真空析出素材に関し、その素材は式La2Ti27-X
の化合物であり、ここでx=0.3から0.7である。
【0019】本発明は更に真空中で基板がこのタイプの
蒸気析出素材でコーテイングされた高屈折率光学コーテ
イングの製造方法に関している。
【0020】本発明による蒸気析出素材は厳密に化学量
論的な組成を有する基本的な化合物チタン酸ランタン
(La2Ti27)と比較して、上記の式の定義の枠内
では酸素を準化学量論的な量含有している。本発明によ
る素材のなかの準化学量論的な酸素量の意図的な設定に
より一方では真空蒸発中に溶融素材の好ましくない噴出
を起こす酸素の遊離が起こらない。他方では、酸素の準
化学量論的な量の範囲の選択により、真空蒸発法の通常
の操作条件の下で特別の対策無しに吸収のないコーテイ
ングが形成される。また、得られたコーテイングの光学
特性は真空蒸発の間の酸素残余圧の変化によっては殆ど
影響を受けないことが見出された。しかしながら、記載
した値よりも大きな準化学量論的な酸素量では好ましく
ない吸収のコーテイングが得られる。
【0021】これらの知見は特に驚くべきことであり、
予見できなかった。
【0022】特に好ましい蒸気析出素材は式La2Ti2
6.5によって特徴付けられる化合物である。
【0023】本発明による蒸気析出素材はランタンとチ
タンの酸化物および所望により金属チタンを適当な化学
量論比で混合し、融点以下において高真空中でこの混合
物を燒結させることによって得られる。本発明による蒸
気析出素材用のこのタイプの製造方法は同様に本発明の
主題である。出発物質の基本的な成分は酸化ランタン
(La23)と二酸化チタン(TiO2)である。好ま
しい準化学量論的な酸素量を設定するためには、チタン
の亜酸化物、すなはちTi23およびTiOあるいは金
属チタンが使用される。燒結生成物は黒色の外観を呈
し、約1800℃の温度で完全に融解し、約10-4ミリ
バールの真空中で2200と2300℃との間の温度で
蒸発させうる。
【0024】本発明による蒸気析出素材は該当する技術
では通常用いられる真空蒸気析出装置及び機器中におい
て、公知方法で、この目的に通常の操作条件下に使用す
ることができる。真空蒸発は熱蒸発のみならず、電子ビ
ーム蒸発によっても実施することができる。
【0025】本発明による素材を使って、強く接着し、
かつ機械的および化学的な影響に特に抵抗性がある一様
な、薄い均一の厚さのコーテイングはいかなる適当な基
体上にも製造される。そのコーテイングは高い屈折を持
っている。その屈折率は組成と測定波長に依存するが、
約2.0である。そのコーテイングは近紫外(約360
nmから)から可視部を通じて近赤外(約7000n
m)に亙る波長領域において極めて透明であり、しかも
特に可視波長領域では吸収がない。
【0026】本発明による蒸気析出素材は加熱できない
かあるいは少ししか、例えば約80℃迄しか加熱できな
い基体のコーテイング用に特に有利に使用することがで
きる。このタイプの熱敏感性基体にはプラスチックおよ
び接合したガラス性の光学器材が含まれる。これらの基
体は、加熱なしでさえも、耐久性のある、高接着性の、
吸収のない均一なコーテイングを生成する蒸気析出素材
を要求している。
【0027】既知の物質、例えばタンタル酸化物、チタ
ン酸化物、ジルコニウム酸化物および、例えばプラセオ
ジュウム酸化物とチタン酸化物の混合物が加熱していな
い基体のコーテイング用に使用される場合には、コーテ
イングの吸収あるいは不均一性による問題が生ずる。
【0028】驚くべきことに、本発明による素材は加熱
していない基体の場合においても吸収のない、均一なコ
ーテイングを示すのである。
【0029】
【実施例】実施例1:製造方法 68.2重量%の酸化ランタン(III) 29.3重量%の酸化チタン(IV) 2.5重量%のチタン(金属状) から粉末混合物をつくり、その混合物を粒状化した。こ
の組成は式La2Ti26.5の化合物が出来るように選
択した。
【0030】この粒状物を5時間1800℃において高
真空(10-4ミリバール)中で燒結した。得られた黒色
の製品は5.9g/cm3の密度を有し、1800℃の
融点を有する。実施例2 :使用 実施例1からの粒状物をモリブデン製の蒸発るつぼに入
れて電子ビーム蒸発機能を有する市販の真空蒸気析出器
に導入した。
【0031】コーテイングされる基体は水晶である。
【0032】コーテイングは2200℃から2300℃
の温度、酸素の残余圧2×10-4ミリバール、基体の温
度250℃において析出速度0.4nm/secで25
0nmの厚さに達するまで行われた。
【0033】コーテイングは500nmでは2.12の
屈折率を持っていた。このコーテイングは可視領域およ
び375nmの波長までの領域には吸収がない。実施例3 :プラスチック基体のコーテイング 実施例1からの粒状物をモリブデン製の蒸発るつぼに入
れて電子ビーム蒸発機能を有する市販の真空蒸気析出器
に導入した。
【0034】コーテイングされる基体はプラスチック
(ポリカーボネート)からなる。
【0035】コーテイングは2200℃〜2300℃の
温度、酸素の残余圧2×10-4ミリバールにおいて加熱
してない基体上に析出速度0.4nm/secで250
nmの厚さに達するまで行われた。
【0036】コーテイングは500nmで約1.98
(加熱せず)、2.02(約50℃まで加熱)の屈折率
を有する。コーテイングは均一であり、しかも390n
mの波長までの領域には吸収がない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 591032596 Frankfurter Str. 250,D−64293 Darmstadt, Federal Republic o f Germany (72)発明者 デトレフ アルブレヒト ドイツ連邦共和国 デー−6100 ダルム シュタット フランクルルター シュト ラーセ 250

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 素材が式La2Ti27-x(ここでx=
    0.3から0.7である)の化合物であることを特徴と
    する真空中での基体への蒸気析出による高屈折の光学コ
    ーテイング製造用の蒸気析出素材。
  2. 【請求項2】 素材が式La2Ti26.5の化合物であ
    ることを特徴とする請求項1による蒸気析出素材。
  3. 【請求項3】 ランタン酸化物およびチタン酸化物およ
    び所望により金属状のチタンが適当な化学量論比で混合
    され、その混合物が高真空において融点以下で燒結され
    ることを特徴とする請求項1または2による蒸気析出素
    材の製造方法。
  4. 【請求項4】 高屈折の光学コーテイングの製造のため
    に請求項1または2による蒸気析出素材を使用する方
    法。
  5. 【請求項5】 請求項1または2による蒸気析出素材が
    使用されることを特徴とする真空中での基体への蒸気析
    出による高屈折の光学コーテイングの製造方法。
JP5055880A 1992-03-19 1993-03-16 高屈折の光学コーテイング製造用の蒸気析出素材 Expired - Lifetime JP2720959B2 (ja)

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